Meióza a její fáze. Charakterizace fází meiózy. Reprodukce organismů. Podobnosti mitózy a meiózy

O živých organizmech je známo, že dýchají, krmí, množí a zahynou, je to jejich biologická funkce. Ale na úkor toho, co se to všechno děje? Kvůli tělům - buňkám, které také dýchají, krmí, umírají a množí se. Ale jak se to děje?

O struktuře buněk

Dům se skládá z cihel, bloků nebo dříví. Takže tělo může být rozděleno na elementární jednotky - buňky. Veškerá různorodost živých bytostí se skládá přesně z nich, rozdíl spočívá pouze v jejich počtu a druzích. Skládají se ze svalů, kostní tkáně, kůže, všech vnitřních orgánů - tolik se liší jejich účelem. Ale bez ohledu na to, jaké funkce je tato nebo tato buňka prováděna, jsou všechny uspořádány přibližně stejně. Za prvé, každá "cihla" má membránu a cytoplazmu s organoidy umístěnými v ní. Některé buňky nemají jádro, jsou nazývány prokaryotickými, ale všechny více či méně rozvinuté organismy jsou složeny z eukaryot, které mají jádro, ve kterém jsou uloženy genetické informace.

Organoidy nacházející se v cytoplazmě jsou různorodé a zajímavé, vykonávají důležité funkce. V živočišných buňky vylučují endoplazmatického retikula, ribozomů, mitochondrie, Golgiho aparát, centrioles, lysozomy a pohonné prvky. S pomocí těchto postupů proběhnou všechny procesy, které zajišťují fungování organismu.

Buněčná aktivita

Jak již bylo zmíněno, všechny živé věci se živí, dýchají, množí a umírají. Toto tvrzení platí jak pro celé organismy, tak pro lidi, zvířata, rostliny atd., A pro buňky. Je to úžasné, ale každá "cihla" má svůj vlastní život. Na úkor jeho organoidů přijímá a zpracovává živiny, kyslík a vezme veškerý nadbytek. Samotná cytoplasma a endoplazmatické retikulum provádějí transportní funkci, mitochondrii reagují, včetně dýchání a také energie. Golgi komplex se zabývá akumulací a vylučováním produktů živé aktivity buňky. Ostatní organoidy se také účastní složitých procesů. A v určité fázi jeho buňka životního cyklu začíná rozdělovat, tj. probíhá proces reprodukce. Mělo by se brát v úvahu podrobněji.

Proces rozdělení buněk

Reprodukce je jednou z etap vývoje živého organismu. Totéž platí pro buňky. V určité fázi životního cyklu vstupují do stavu, kdy jsou připraveni k reprodukci. Prokaryotické buňky jen rozdělit na dvě, prodloužit a pak vytvořit septum. Tento proces je jednoduchý a téměř kompletně studován pomocí příkladu tyčinkovitých bakterií.

C eukaryotických buněk všechno je poněkud komplikovanější. Rozmnožují se třemi různými způsoby, nazývanými amitóza, mitóza a meióza. Každý z těchto způsobů má své vlastní zvláštnosti, je vlastně určitým druhem buněk. Amitóza To je také nazýváno přímé binární dělení. S ním se molekula DNA zdvojnásobí. Neexistuje však štěpné vřeteno, takže tato metoda je nejenergetičtější. Amytóza je pozorována u jednobuněčných organismů, zatímco mnohobuněčné tkáně se množí jinými mechanismy. Někdy se však také pozoruje, kde je mitotická aktivita snížena, například v zralých tkáních.

Někdy je přímé rozdělení rozlišováno jako druh mitózy, ale někteří vědci to považují za samostatný mechanismus. Proces tohoto procesu i ve starých buňkách je poměrně vzácný. Dále bude zvažována meióza a její fáze, proces mitózy, stejně jako podobnosti a rozdíly v těchto metodách. Ve srovnání s jednoduchým dělením jsou složitější a dokonalější. To platí zejména pro redukční dělení, takže charakteristiky fází meiózy budou nejpodrobnější.

Důležitou roli v dělení buněk hrají centrioles - speciální organoidy, obvykle umístěné v blízkosti komplexu Golgi. Každá taková struktura sestává ze 27 mikrotubulů seskupených do tří. Celá konstrukce má válcový tvar. Centrioly se přímo podílejí na tvorbě vřetena buněčného dělení v procesu nepřímého rozdělení, které bude dále diskutováno.

Mitosis

Trvání existence buněk se liší. Někteří žijí po dobu několika dní a někteří mohou být připisováni dlouhodobým játrům, protože jejich úplná náhrada je velmi vzácná. A prakticky se všechny tyto buňky množí pomocí mitózy. Většina z nich má v průměru 10-24 hodin mezi obdobími štěpení. Samotná mitóza trvá krátkou dobu - u zvířat přibližně 0,5-1 hodinu, av rostlinách asi 2-3. Tento mechanismus zajišťuje růst buněčné populace a reprodukci identických, pokud jde o jednotky genetického obsahu. Toto je kontinuita generací na elementární úrovni. Počet chromozomů zůstává nezměněn. Tento mechanismus je nejběžnější variantou reprodukce eukaryotických buněk.

Význam tohoto typu rozdělení je velký - tento proces pomáhá růst a regenerovat tkáně, díky nimž se celý organismus rozvíjí. Navíc je to mitóza, která je základem pro asexuální reprodukci. A ještě jedna funkce - pohybující se buňky a nahrazení již zastaralých. Proto je nesprávné předpokládat, že vzhledem k tomu, že fáze meiózy jsou komplikovanější, pak je její role také mnohem vyšší. Oba tyto procesy plní různé funkce a jsou důležité a nepostradatelné svým vlastním způsobem.

Mitosis se skládá z několika fází, které se liší jejich morfologickými rysy. Stav, ve kterém se buňka nachází a je připravena k nepřímému rozdělení, se nazývá mezifáze a samotný proces je dále rozdělen do pěti etap, které je třeba podrobněji zvážit.

Fáze mitózy

V mezifázi se buňka připravuje na dělení: dochází k syntéze DNA a bílkovin. Tato fáze je rozdělena na několik dalších, během kterých dochází ke zvýšení celkové struktury a zdvojnásobení chromozomů. V tomto stavu buňka žije až na 90% celého životního cyklu.

Zbývajících 10% je přímo rozděleno, rozděleno do 5 etap. Při mitóze rostlinných buněk se také vylučuje preprofáza, která ve všech ostatních případech chybí. Tam je vytvoření nových struktur, jádro se pohybuje do centra. Vytvoří se předfázová páska, která označuje perspektivní místo budoucího štěpení.

Ve všech ostatních buňkách probíhá proces mitózy následovně:

Tabulka 1

Po dokončení rozdělení genetické informace nastává cytokineze nebo cytotomie. Tímto pojmem se rozumí vytvoření těl dceřiných buněk z těla matky. V tomto případě jsou organoidy zpravidla rozděleny na polovinu, i když jsou možné výjimky, vzniká septum. Cytokinéza není izolována do samostatné fáze, zpravidla ji považuje za telofáze.

Takže v nejzajímavějších procesech se podílely chromozomy, které nesou genetickou informaci. Co to je a proč jsou tak důležité?

O chromozomech

Přestože neměli ani tu nejmenší představu o genetice, lidé věděli, že mnohé vlastnosti potomků závisí na rodičích. S rozvojem biologie se stalo zřejmé, že informace o organizmu jsou uloženy v každé buňce a některé jsou přenášeny do budoucích generací.

V pozdní 19. století byly objeveny chromozomy - struktury sestávající z dlouhé Molekuly DNA. To je možné díky zlepšení mikroskopů, a dokonce i nyní můžete vidět pouze v průběhu dělení. Nejvíce často připočítán s objevem německým vědcem V. Fleming, který nejen organizovat všechno, co jsme se naučili před ním, ale také přispěl: byl jedním z prvních, kdo vyšetřovat buněčnou strukturu, meiózy a jeho fáze, stejně jako razil termín „mitózu“. Samotný pojem „chromozom“ byla navržena později další vědce - německý histologist G. Heinrich Wilhelm Gottfried von Waldeyer-Hartz.

Struktura chromozomů v době, kdy jsou zřetelně viditelná, je poměrně jednoduchá - jsou to dva chromatidy, spojené středem centromerem. Jedná se o specifickou sekvenci nukleotidů a hraje důležitou roli při procesu množení buněk. Nakonec chromozom vně v profázi a metafázi, když to může být nejlépe vidět, připomíná písmeno X.

V roce 1900 byly objeveny Mendelovy zákony, popis principů přenosu dědičných vlastností. Pak se nakonec ukázalo, že chromozomy - to je přesně to, s čím se přenáší genetická informace. Později vědci provedli řadu experimentů, které to dokazují. A pak předmětem studia byl vliv, který rozdělení buněk na nich dělá.

Meióza

Na rozdíl od mitózy tento mechanismus nakonec vede k tvorbě dvou buněk se sadou chromozomů 2krát nižší než původní. Proces meiózy tedy slouží jako přechod od diploidní fáze k haploidní fázi a na prvním místě hovoříme o štěpení jádra a již v druhé - celé buňce. Obnova celého souboru chromozomů nastává v důsledku další fúze gamét. V souvislosti s poklesem počtu chromozomů je tato metoda také definována jako redukční dělení buňky.

Meióza a jeho fáze studoval takové slavné vědce jako V. Fleming, E. Strasburgrer VI Belyaev a další. Studium tohoto procesu v buňkách rostlin i zvířat pokračuje dodnes - je to tak složité. Zpočátku byl tento proces považován za variant mitózy, ale téměř okamžitě po objevu byl přidělen jako samostatný mechanismus. Charakterizace meiózy a její teoretický význam byla poprvé v dostatečné míře popsána Augustem Vaismanem v roce 1887. Od té doby studie procesu redukčního štěpení výrazně pokročila, ale vyvozené závěry ještě nebyly vyvráceny.

Meiosis by neměla být zaměňována s gametogenezí, ačkoli oba tyto procesy jsou úzce příbuzné. Oba mechanismy se podílejí na tvorbě sexuálních buněk, ale mezi nimi existuje řada vážných rozdílů. Meióza se vyskytuje ve dvou fázích rozdělení, z nichž každá se skládá ze 4 hlavních fází, mezi nimi je krátká přestávka. Trvání celého procesu závisí na množství DNA v jádře a struktuře chromozomální organizace. Obecně platí, že je mnohem prodlouženo ve srovnání s mitózou.

Mimochodem, jedním z hlavních důvodů významné rozmanitosti druhů je meióza. Sada chromozomů v důsledku rozdělení redukčního je rozdělen na dvě části tak, že jsou k dispozici nové kombinace genů, zejména potenciálně zvýšit přizpůsobivost a adaptabilitu organismu, v důsledku přijetí určitého souboru atributů a kvalit.

Fáze meiózy

Jak již bylo uvedeno, redukční buněčné dělení je podmíněně rozděleno do dvou fází. Každá z těchto fází je rozdělen 4. A dokonce i první fáze meiózy - profáze I v pořadí, rozdělil do 5 samostatných etap. Vzhledem k tomu, že studie tohoto procesu pokračuje, další mohou být identifikovány později. Nyní se rozlišují následující fáze meiózy:

Tabulka 2

Je tedy zřejmé, že fáze rozdělení meiózy jsou mnohem komplikovanější než proces mitózy. Jak již bylo zmíněno, to však neovlivňuje biologickou roli nepřímého rozdělení, protože vykonává různé funkce.

Meióza a její fáze jsou mimochodem pozorovány u některých prvoků. Ovšem zpravidla zahrnuje pouze jedno dělení. Předpokládá se, že tato jednostupňová forma se později vyvinula do moderní dvoustupňové podoby.

Rozdíly a podobnosti mitózy a meiózy

Na první pohled se zdá, že rozdíly mezi těmito dvěma procesy jsou zřejmé, protože jsou zcela odlišnými mechanismy. Avšak hlubší analýza ukazuje, že rozdíly mitózy a meiózy nejsou tak globální, nakonec vést k tvorbě nových buněk.

Za prvé, stojí za to mluvit o tom, co mají společné tyto mechanismy. Ve skutečnosti existují pouze dvě náhody: ve stejném pořadí fází, a také ve skutečnosti Před oběma typy štěpení dochází k replikaci DNA. Ačkoli, pokud jde o meiózu, před zahájením profáze I tento proces úplně nekončí a skončí v jedné z prvních dílčích fází. Sledu fází, ačkoli podobné, ale ve skutečnosti se události, které se v nich vyskytují, shodují ne úplně. Takže podobnosti mitózy a meiózy nejsou tak početné.

Rozdíly jsou mnohem větší. Nejprve se vyskytuje mitóza v somatických buněk, zatímco meióza úzce souvisí s tvorbou zárodečných buněk a sporogeneze. Ve fázích samotných se procesy zcela neshodují. Například přechod v mitóze nastává během interfáze, a to ne vždy platí. Ve druhém případě se v tomto procesu objevuje anafyza meiózy. Rekombinace genů v nepřímém dělení se obvykle nerealizuje, což znamená, že hraje žádnou roli v evolučním vývoji organismu a udržování intraspecifické diverzity. Počet buněk vzniklých z mitózy je dva a jsou geneticky shodné s mateřskými buňkami a mají diploidní soubor chromozomů. Během redukčního oddělení je všechno jiné. Meióza - 4 haploidních buněk, odlišné od mateřské. Dále, oba mechanismy podstatně se liší v délce, a to se vztahuje nejen k rozdílu v počtu dělicích stupňů, ale i dobu trvání jednotlivých fází. Například první profylaxe meiózy trvá mnohem déle, protože v tomto okamžiku dochází ke konjugaci chromosomů a křížení. Proto je dále rozdělena do několika etap.

Obecně platí, že podobnosti mezi mitózou a meiózou jsou poněkud nevýznamné ve srovnání s jejich vzájemnými odlišnostmi. Zaměnit tyto procesy je téměř nemožné. Proto je nyní poněkud překvapující, že redukční dělení bylo dříve považováno za druh mitózy.

Důsledky meiózy

Jak již bylo řečeno, po procesu redukčního dělení se místo mateřské buňky s diploidní sadou chromozomů tvoří čtyři haploidní. A pokud mluvíme o rozdílech mezi mitózou a meiózou - je to nejvýznamnější. Obnova požadovaného množství, pokud jde o pohlavní buňky, nastává po oplodnění. Takže u každé nové generace se počet chromozomů nezdvojil.

Navíc během meiózy dochází k rekombinaci genů. V procesu reprodukce to vede k udržení intraspecifické rozmanitosti. Takže skutečnost, že i sourozenci jsou velmi odlišní od sebe, je výsledkem meiózy.

Mimochodem, sterilita některých hybridů v živočišné říši je také problémem redukčního dělení. Skutečnost, že chromozomy rodičů, které patří do různých druhů nemůže vstoupit do časování a tím i vznik vysoce kvalitních životaschopných zárodečných buněk není možné. Proto je to meióza, která je základem evolučního vývoje zvířat, rostlin a dalších organismů.