Биологическое значение митоза. Способы репродукции клеток (митоз, амитоз, эндомитоз, политения), их биологическое значение

Биологическое значение митоза заключается в точном идентичном распределении сестринских хроматид (или дочерних хромосом) между дочерними клетками. В результате этого деления из одной материнской клетки образуются две генетически идентичные и равноценные дочерние клетки, которые имеют хромосомный набор, по количеству и качеству точно соответствующий исходной материнской клетке. Так поддерживается постоянство кариотипа (т.е. набора хромосом) в поколениях клеток.

МЦК – это совокупность процессов, происходящих в клетке от одного деления до следующего и заканчивающихся образованием из одной материнской двух новых дочерних клеток с неизменным набором хромосом. В МЦК условно можно выделить два периода: собственно митоз (деление) и интерфазу. В интерфазе различают 3 периода: пресинтетический (G1-период), синтетический (S-период), и постсинтетический (G2-период) (рис. 12).

В пресинтетическом периоде клетки имеют диплоидный набор хромосом (2n), причем, каждая хромосома состоит из 1 хроматиды (рисунок). Формула хромосом 2n2c, где n – число центромер или хромосом, c – число хроматид.

В синтетическом периоде происходит репликация ДНК. После окончания S-периода каждая хромосома состоит уже не их 1, а из 2 сестринских хроматид. Формула хромосомного набора, соответственно, приобретает вид 2n4c (т.е.на 2 хромосомы теперь приходится 4 хроматиды.

В постсинтетическом клетка готовится к делению. Формула хромосом остается прежней – 2n4c.

За интерфазой следует непосредственно деление клеток – митоз, в котором различают два этапа: Деление ядра клетки – кариокинез; Деление цитоплазмы клетки – цитокинез.

Митоз состоит из 4 фаз: 1 – профаза (иногда выделяют прометафазу); 2 – метафаза; 3 – анафаза; 4 – телофаза. Каждая предыдущая фаза обуславливает переход к следующей (рис. 13).

Другими способами деления клеток являются амитоз (прямое деление клетки), эндомитоз - деление хромосом без деления ядра и цитоплазмы (вновь образованные дочерние клетки имеют хромосомный набор 4n4c), эндоредупликация (политения) – удвоение хромосом без расхождения сестринских хроматид (вновь образованные дочерние клетки имеют хромосомный набор 2n4c).

 

III. Молекулярно-генетический уровень организации

Химическая организация генетического материала. Структура ДНК (модель Дж. Уотсона и Ф. Крика). Свойства и функции ДНК.

 

Основой наследственного материала являются нуклеиновые кислоты ДНК и РНК. Это полимеры, состоящие из мономеров – нуклеотидов. Каждый нуклеотид включает три основных компонента: азотистое основание (аденин, гуанин – пурины; цитозин, тимин, урацил - пиримидины), сахар – пентозный углевод (дезоксирибоза или рибоза), остаток фосфорной кислоты. (рис.1, рис. 2., - +на доске).

В структурной организации молекулы ДНК можно выделить 3 уровня:

I структура – полинуклеотидная цепь

II структура – две комплементарные друг другу и антипараллельные полинуклеотидные цепи

III структура – трехмерная спираль – пространственная конфигурация.

I структура ДНК:

Соединение нуклеотидов в макромолекулу ДНК происходит путём взаимодействия фосфата одного нуклеотида с гидроксилом дугого так, что между ними устанавливается фосфодиэфирная связь (рис.3(а)). В результате образуется полинуклеотидная цепь (рис.3(б)). Важно отметить, что сборка полипептидной цепи осуществляется строго в одном направлении, а именно, путем присоединения фосфатной группы, расположенной в 5’-положении углерода сахара последующего нуклеотида к 3’гидроксильной группе предыдущего нуклеотида.

II структура ДНК.

В 1953 г Уотсон и Крик представили модель 3-х мерной молекулы ДНК. Они показали, что особенностью II структурной организации ДНК является то, что в ее состав входят 2 полинуклеотидные цепи, связанные между собой особым образом – путём образования водородных связей между азотистыми основаниями по принципу комплементарности (рис. 4): пурин связывается только с пиримидином, т.е. Аденин может связываться только с Тимином, а Гуанин – только с Цитозином и наоборот (рис. 5(а)). При этом между А и Т образуются 2 водородные связи, а между Г и Ц – 3 (рис. 5(б)). Благодаря комплементарности число пуринов в молекуле ДНК всегда равно числу пиримидинов, т.е.

A + G = T + C – это правило Чаргаффа (1951 г.)

Хотя водородные связи между парами оснований относительно слабы, каждая молекула ДНК содержит приблизительно 3,3 млрд. пар, так что в физиологических условиях (Т⁰ , рН) цепи никогда не разрываются.

Другой важной особенностью молекулы ДНК является антипараллель-

ность двух составляющих её цепей, т.е. 5’– конец одной цепи соединяется с

3’-концом другой.

III структура ДНК.

Данные рентгеноструктурного анализа показали, что молекула ДНК образует правозакрученную спираль (Рис. 6.). В каждый виток входит 10 п.н.

Функции ДНК

Главная функция ДНК заключается в том, что она предназначена для хранения (в виде генетического кода), передачи (репликация ДНК) и реализации (биосинтез белка) наследственной информации. У вирусов эту функцию выполняет РНК.

По функциональной значимости ДНК неоднородна и может быть подразделена на 3 класса:

1. Повторяющиеся последовательности (не транскрибируются).

2. Умеренно повторяющиеся наследственности. Это гены тРНК и белков, входящих в состав рибосом, хроматина и рРНК.

3. Уникальные участки с неповторяющимися сочетаниями нуклеотидов. У человека уникальные участки ДНК составляют не более 10-15% от общей длины молекулы ДНК. Уникальные участки ДНК являются структурной основой большинства генов человека. В них закодирована информация о структуре полипептида в виде генетического кода.