Buňky mnohobuněčných organismů mají obvykle dvojitou nebo diploidní (2p) sadu chromozomů, protože zygota (vajíčko, ze kterého se organismus vyvíjí) v důsledku oplodnění obdrží jednu sadu chromozomů od každého rodiče. Proto jsou všechny chromozomy sady párové, homologní – jeden od otce, druhý od matky. V buňkách je tato sada udržována konstantní prostřednictvím mitózy.
Pohlavní buňky (gamety) – vajíčka a spermie (nebo spermie u rostlin) – mají jednu nebo haploidní sadu chromozomů (n). Tato sada gamet se získává prostřednictvím meiózy (z řeckého slova meiosis - redukce). Během procesu meiózy dochází ke zdvojení jednoho chromozomu a ke dvěma dělením – redukčnímu a rovnicovému (rovnoprávnému). Každá z nich se skládá z řady fází: interfáze, profáze, metafáze, anafáze a telofáze (obr. 1).
Rýže. 1. Schéma meiózy:
1 - původní mateřská buňka (2p, 2s); 2 - v interfázi I dochází ke zdvojení (reduplikaci) homologních chromozomů (4c). Každý chromozom se skládá ze dvou chromatid; 3 - v profázi I dochází ke konjugaci (párování) homologních chromozomů, tvorbě bivalentů; 4 - v metafázi I se bivalenty seřazují na rovníku buňky, vzniká dělicí vřeteno; 5 - v anafázi I se homologní chromozomy rozcházejí do různých pólů buňky; 6 - dceřiné buňky po prvním dělení. Každá buňka má pouze jeden z dvojice homologních chromozomů (2c) - snížení počtu chromozomů; 7 - v metafázi II jsou chromozomy sestávající ze dvou chromatid seřazeny na rovníku buněk; 8 - v anafázi II se chromatidy přesouvají k pólům buněk; 9 - dceřiné buňky po druhém dělení, v každé buňce je sada chromozomů půlená (p, s).
V interfázi I (první dělení) dochází ke zdvojení – reduplikaci – chromozomů. Každý chromozom se pak skládá ze dvou identických chromatid spojených jedinou centromerou. V profázi I meiózy dochází k párování (konjugaci) zdvojených homologních chromozomů, které tvoří bivalenty sestávající ze čtyř chromatid. V této době dochází ke spiralizaci, zkrácení a ztluštění chromozomů. V metafázi I se párové homologní chromozomy seřadí na rovníku buňky, v anafázi I se rozcházejí k jejím různým pólům a v telofázi I se buňka dělí.
Po prvním dělení se do každé ze dvou buněk dostane pouze jeden zdvojený chromozom z každého páru homologních chromozomů, tj. počet chromozomů se sníží na polovinu.
Po prvním dělení procházejí buňky krátkou interfázi II (druhé dělení) bez zdvojení chromozomů. Druhé dělení probíhá jako mitóza. V metafázi II se chromozomy sestávající ze dvou chromatid seřadí na rovníku buňky. V anafázi II se chromatidy pohybují směrem k pólům. V telofázi II se obě buňky dělí. Bylo zjištěno, že existuje přímý vztah mezi sadou chromozomů v jádře (2 p nebo p) a množstvím DNA v něm (označeno písmenem C). Diploidní buňka má dvakrát více DNA (2C) než haploidní buňka (C). V interfázi I diploidní buňky, před její přípravou na dělení, dochází k replikaci DNA, její množství se zdvojnásobí a počet DNA v dceřiných buňkách klesá na 2C, po druhém dělení - na 1C, což odpovídá haploidní sadě chromozomů.
Biologický význam meiózy je následující. Především je v průběhu řady generací zachována sada chromozomů charakteristická pro daný druh, protože během oplození haploidní gamety splývají a diploidní sada chromozomů je obnovena.
V meióze navíc dochází k procesům, které zajišťují implementaci základních zákonů dědičnosti: za prvé, díky konjugaci a povinné následné divergenci homologních chromozomů je implementován zákon čistoty gamet - každá gameta obdrží pouze jeden chromozom z páru homologů a tedy pouze jedna alela z páru - A nebo a, B nebo c.
Za druhé, náhodná divergence nehomologních chromozomů v prvním dělení zajišťuje nezávislou dědičnost znaků řízených geny umístěnými na různých chromozomech a vede k tvorbě nových kombinací chromozomů a genů (obr. 2).
Rýže. 2. Genetická rekombinace s náhodnou divergencí nehomologních chromozomů. Provádění samostatného dědictví. Protože pravděpodobnosti orientace variant I a II jsou stejné, jsou geny A a B distribuovány náhodně, nezávisle na sobě. Se stejnou pravděpodobností se tvoří 4 typy gamet: A B, Av a B, Av. To zajišťuje při náhodném oplodnění nezávislou dědičnost znaků řízených geny umístěnými na různých chromozomech. Čísla označují centromery chromozomů.
Za třetí, geny umístěné na stejném chromozomu vykazují spojenou dědičnost. Mohou se však spojovat a vytvářet nové kombinace genů v důsledku cross over – výměny úseků mezi homologními chromozomy, ke které dochází při jejich konjugaci v profázi Buňky se dělí při prvním dělení (obrázek 3).
Rýže. 3. Genetická rekombinace při meiotickém přechodu. Diagram ukazuje, že geny C a D jsou přenášeny společně (spojeny) ve stejných kombinacích, jaké byly v rodičovských buňkách – CD a cd (nezkřížené gamety). V některých buňkách, ve kterých došlo ke crossoveru mezi geny C a D, se tvoří nové kombinace genů, které se liší od těch rodičovských - Cd a cd (crossover gamety).
Lze tedy rozlišit dva mechanismy pro tvorbu nových kombinací (genetická rekombinace) v meióze: náhodná divergence nehomologních chromozomů a cross over.
Přednáška 14
Životní cyklus buňky. Mitóza
1. Životní cyklus buňky (CLC)
Životní cyklus je období života buňky od okamžiku, kdy buňka vznikne v důsledku dělení, až do jejího následného rozdělení nebo smrti.
Mitotický cyklus lze rozdělit do dvou fází:
mezifáze;
Dělení (mitóza, meióza)
Mezifáze
– fáze mezi buněčnými děleními.
Doba trvání je obvykle mnohem delší než rozdělení
ZÁVĚR: Výsledkem je vytvoření buňky připravené k dělení se strukturou chromozomů 2 c, sadou chromozomů 2 n.
Mitóza
Způsob dělení somatických buněk.
| Fáze | Proces | Systém | Soubor a struktura chromozomů |
| Profáze (spiralizace) | 1. dvouchromatidové chromozomy spirálovitě, 2. jadérka se rozpouštějí, 3. centrioly se rozcházejí do plusů buňky, 4. jaderný obal se rozpouští, 5. vznikají závity vřetena | ||
| Metafáze (shluk) | 2 c (bichromatid) 2 n (diploid) | ||
| anafáze (divergence) | 2 c → 1 c (bichromatid → jednochromatid) 2 n (diploidní) | ||
| Telofáze (konec) | 1 c (jednochromatid) 2 n (diploidní) |
ZÁVĚR: V důsledku dělení mitózy vznikají dvě somatické buňky s diploidní sadou chromozomů,
jednochromatidové chromozomy.
BIOLOGICKÝ VÝZNAM: zajišťuje zachování dědičného materiálu, protože každá ze dvou nově vznikajících buněk obdrží genetický materiál identický s původní buňkou.
1. Amitóza.
Cvičení: Definujte rozdělení AMITOS. Viz učebnici „Biologie“ od V. N. Yarygina, str. 52-53
Přednáška 15
meióza
meióza - způsob dělení za vzniku zárodečných buněk.
| Fáze | Proces | Výkres | Soubor a struktura chromozomů |
| Divize I meiózy – snížení | |||
| Profáze I | 1. jadérka se rozpouštějí, 2. centrioly se rozcházejí do buněčných plusů, 3. se rozpouští jaderný obal, 4. vznikají vřetenová vlákna 5. dichromatid spirála chromozomů, 6. konjugace - přesné a těsné sblížení homologních chromozomů a prolínání jejich chromatid 7. křížení - výměna identických (homologních) úseků chromozomů obsahujících totéž alelické geny | ||
| Metafáze I | 1. páry homologních bichromatidních chromozomů se řadí podél rovníku buňky, 2. závity vřeténka jsou připojeny k centromeře jednoho z páru chromozomů z jednoho pólu; na druhý z páru chromozomů z druhého pólu | 2c (bichromatid) 2n (diploid) | |
| Anafáze I | 1. vlákna vřetena se stahují, 2. jeden bichromatidní chromozom z homologního páru se rozbíhá směrem k pólům | 2c (bichromatid) 2n → 1n (diploid → haploid) | |
| Telofáze I (někdy chybí) | 1. obnoví se jaderná membrána. | ||
| 2. vzniká buněčná přepážka na rovníku, 3. rozpouštějí se vřetenová vlákna 4. vzniká druhý centriol | ZÁVĚR | ||
| Dochází ke snížení počtu chromozomů Divize II meiózy – | |||
| mitotický | Profáze II | 1. centrioly se rozcházejí do plusů buňky, 2. jaderný obal se rozpouští, 3. vznikají vřetenová vlákna | |
| 2c (bichromatid) 1n (haploid) | Metafáze II | 1. centrioly se rozcházejí do plusů buňky, 2. jaderný obal se rozpouští, 3. vznikají vřetenová vlákna | |
| 1. bichromatidové chromozomy jsou soustředěny na rovníku buňky, 2. ke každému chromozomu se přibližují dvě vlákna z různých pólů, 3. vřeténka jsou připojena k centromerám chromozomů | Anafáze II | 1. centromery jsou zničeny, 2. vlákna vřeténka jsou zkrácena, 3. jednochromatidové chromozomy jsou nataženy vřetenovými závity k pólům buněk | |
| 2c → 1c (bichromatida → jednoduchá chromatida) 1n (haploidní) | Telofáze II | 1. jednochromatidové chromozomy se rozvinou do chromatinu, 2. vznikne jadérko, 3. obnoví se jaderný obal. | |
| 2. vzniká buněčná přepážka na rovníku, 3. rozpouštějí se vřetenová vlákna 4. vzniká druhý centriol | 4. vzniká buněčná přepážka na rovníku, 5. vřetenová vlákna se rozpouštějí 6. vzniká druhý centriol |
1c (jednochromatid) 1n (haploid)
Chromozomy se stávají monochromatidními.
| ZÁVĚR: V důsledku meiotického dělení vznikají z jedné somatické buňky 4 zárodečné buňky s haploidní sadou chromozomů (n) a jednochromatidovými chromozomy (c). | BIOLOGICKÝ VÝZNAM: zajišťuje výměnu genetické informace v důsledku křížení, divergence chromozomů a následné fúze zárodečných buněk. | Kód sekce Kód řízeného prvku |
| 2 | prvky obsahu, |
|
| Chromozomy, jejich struktura (tvar a velikost) a funkce. Počet chromozomů a jejich druhová stálost. Stanovení sady chromozomů v somatických a zárodečných buňkách. Životní cyklus buňky: interfáze a mitóza. Mitóza je dělení somatických buněk. meióza. Fáze mitózy a meiózy. Vývoj zárodečných buněk u rostlin a živočichů. Podobnosti a rozdíly mezi mitózou a meiózou, jejich význam. Buněčné dělení je základem pro růst, vývoj a reprodukci organismů. |
||
Část A
1.Jaké buněčné struktury jsou distribuovány přísně rovnoměrně mezi dceřinými buňkami během mitózy:
1) ribozomy 3) chloroplasty
2) mitochondrie 4) chromozomy
2. K připojení vřetenových vláken k chromozomům dochází v:
1) interfáze 3) metafáze
2) profáze 4) anafáze
3. V profázi mitózyse nestane :
1) rozpuštění jaderné membrány
2) vytvoření vřetena
3) Zdvojení DNA
4) rozpuštění jadérek
4. K divergenci chromatid k buněčným pólům dochází v:
1) anafáze 3) profáze
2) telofáze 4) metafáze
5. Chromozomová sada v buňkách těla se nazývá:
1) karyotyp 3) genotyp
2) fenotyp 4) genom
6. Buněčné centrum v procesu mitózy je zodpovědné za:
1) biosyntéza bílkovin
2) chromozomová spirála
3) pohyb cytoplazmy
4) vytvoření štěpného vřetena
7. Nové somatické buňky v mnohobuněčném živočišném organismu vznikají v důsledku:
1) meióza 3) oogeneze
2) mitóza 4) spermatogeneze
8. Zdvojení DNA a vytvoření dvou chromatid nastává v:
1) profáze prvního meiotického dělení
2) profáze druhého dělení meiózy
3) mezifáze před prvním dělením
4) mezifáze před druhým dělením
9.Tvorba dvou chromatid v chromozomech je založena na procesu:
1) Samoduplikace DNA 3) Helixace DNA
2) syntéza mRNA 4) tvorba ribozomů
10. Zachování konstantního počtu chromozomů v buňkách při vegetativním množení je zajištěno:
1) meiotické dělení 3) mitotické dělení
2) pohyb cytoplazmy 4) spermatogeneze
11. K divergenci homologních chromozomů dochází v:
1) anafáze meiózyjá3) metafáze meiózyII
2) metafáze meiózyjá4) anafáze meiózyII
12. Podle jakých znaků poznáte anafázi mitózy:
1) náhodné uspořádání spirálovitých chromozomů v cytoplazmě
2) zarovnání chromozomů v ekvatoriální rovině buňky
3) divergence dceřiných chromatid k opačným pólům buňky
4) despiralizace chromozomů a vznik jaderných membrán kolem dvou jader
13. V telofázi mitózy dochází k následujícímu:
1) Zdvojení DNA
2) chromozomová spirála
3) divergence homologních chromozomů
4) tvorba jader dceřiných buněk
14. Meióza se liší od mitózy:
1) proces křížení a konjugace chromozomů
2) přítomnost profáze, metafáze, anafáze a telofáze
3) kratší doba trvání
4) přítomnost vřetena
15.V anafázi mitózy dochází:
1) Spiralizace homologních chromozomů
2) divergence homologních chromozomů
3) separace cytoplazmy
4) Zdvojení DNA
16. Spiralizace chromozomů během mitózy probíhá u:
1) anafáze 3) telofáze
2) metafáze 4) profáze
17.V profázi mitózyse nestane :
1) Spiralizace chromozomů
2) obnovení jaderné membrány
3) tvorba vřetena
4) rozpuštění jaderné membrány
18. V buněčném cyklu dochází k replikaci DNA v:
1) interfáze 3) metafáze
2) profáze 4) anafáze
19. Dělení mitózou není typické pro buňky:
1) červené řasy
2) hydra
3) Escherichia coli
4) mukora
20. Chromozomy, které jsou stejné u žen a mužů, se nazývají:
1) pohlavní chromozomy 3) ribozomy
2) autozomy 4) lysozomy
21. Během prvního meiotického dělení se k pólům dělící buňky rozbíhají následující:
1) celé chromozomy z homologních párů
2) sesterské chromatidy
3) fragmenty chromozomů z homologních párů
4) fragmenty nehomologních chromozomů
22. Během mitózy se chromozomy seřadí na buněčném rovníku během:
1) telofáze 3) metafáze
2) profáze 4) anafáze
23. Na rozdíl od mitózy meióza:
1) se skládá ze dvou divizí
2) není doprovázeno chromozomovou spiralizací
3) charakteristika bakteriálních buněk
4) pozorované u virů
24. Konstrikce chromozomu spojujícího dvě chromatidy se nazývá:
1) centrosom 3) centromera
2) akrozom 4) centriol
25. Lidské somatické buňky obsahují:
1) 46 párů chromozomů 3) 23 párů chromozomů
2) 92 párů chromozomů 4) 32 párů chromozomů
26.Profáze jáMeióza se liší od profáze mitózy:
1) Spiralizace chromozomů
2) přítomnost konjugace a křížení
3) vytvoření štěpného vřetena
4) zničení chromozomů
27. Dělení mitózou není typické pro buňky:
1) prvoci 3) houby
2) bakterie 4) rostliny
28. Pořadí fází mitózy je následující:
1) metafáze, telofáze, profáze, anafáze 3) profáze, metafáze, telofáze, anafáze
2) profáze, metafáze, anafáze, telofáze 4) telofáze, profáze, metafáze, anafáze.
29. Nejdelší fáze mitózy je:
1) profáze 3) anafáze
2) metafáze 4) telofáze.
30. Během mitózy dochází k divergenci homologních chromozomů k buněčným pólům v:
1) profáze 3) anafáze
2) metafáze 4) není správná odpověď
31. Během mitózy dochází k dělení buněčné cytoplazmy v:
1) interfáze 3) metafáze
2) profáze 4) telofáze
32. Ke zdvojení chromozomů dochází v:
1) interfáze 3) metafáze
2) profáze 4) telofáze
33. Ke snížení počtu chromozomů dochází během:
1) anafáze mitózy 3) II rozdělení meiózy
2) Divize I meiózy 4) ve všech výše uvedených případech.
34. Křížení chromozomů probíhá v procesu:
1) mitóza 3) replikace DNA
2) meióza 4) transkripce.
35. V anafázi mitózy dochází k divergenci:
1) dceřiné chromozomy 3) nehomologické chromozomy
2) homologní chromozomy 4) buněčné organely
36. Bivalenty se nazývají:
1) zúžení v chromozomech, ke kterým jsou připojena vlákna vřetena
2) poloviny chromozomů, které se oddělují během mitózy
3) fúzované homologní chromozomy během meiózy
4) despiralizované chromozomy neviditelné pod mikroskopem
37. Biologický význam meióza má zajistit:
1) genetická stabilita
2) regenerace tkání a zvýšení počtu buněk v těle
3) genetická variabilita
4) nepohlavní rozmnožování
38. V důsledku mitózy se tvoří:
1) somatické buňky
2) vejce
3) spermie
4) všechny uvedené buňky
39. Sada chromozomů, ve kterých má každý chromozom homologní pár, se nazývá:
1) haploidní
2) diploidní
3) triploidní
4) tetraploidní
40. Během vývoje gamet u zvířat dochází k buněčnému dělení v gonádách v reprodukční zóně6
1) meióza
2) mitóza
3) amitóza
4) jednoduché binární dělení
41. Při tvorbě gamet u lidí dochází k redukčnímu dělení ve fázi:
1) reprodukce 3) zrání
2) růst 4) tvorba
42. U zvířat se během procesu mitózy na rozdíl od meiózy tvoří buňky:
1) somatické
2) s polovinou sady chromozomů
3) sexuální
4) výtrus
43. Mitóza u mnohobuněčného organismu tvoří základ:
1) gametogeneze
2) růst a vývoj
3) metabolismus
4) samoregulační procesy
44. Během procesu mitózy obdrží každá dceřiná buňka stejnou sadu chromozomů jako mateřská buňka, protože:
1) v profázi dochází ke spiralizaci chromozomů
2) dochází k despiralizaci chromozomů
3) v interfázi se DNA sama duplikuje, v každém chromozomu se vytvoří dvě chromatidy
4) každá buňka obsahuje dva homologní chromozomy
Část B
Vyberte tři správné odpovědi ze šesti.
1. Biologický význam meiózy je:
1) snížení počtu chromozomů
2) tvorba samčích a samičích gamet
3) tvorba somatických buněk
4) vytváření příležitostí pro vznik nových genových kombinací
5) zvýšení počtu buněk v těle
6) mnohonásobné zvýšení sady chromozomů
2. Během mitózy nedochází k následujícímu:
1) Spiralizace chromozomů
2) divergence chromozomů k pólům dělící se buňky
3) přecházení
4) replikace DNA
5) fotolýza vody
6) tvorba vřetena
3. Oogeneze je charakterizována:
1) přítomnost stádia formování
2) akumulace živin v oocytu prvního řádu
3) vytvoření čtyř zárodečných buněk
4) smrt polárních těles
5) výskyt mnohočetných mitotických dělení ve fázi zrání
6) výskyt mnohočetných meiotických dělení ve fázi zrání
4. Oogeneze na rozdíl od spermatogeneze:
1) má výraznější růstovou fázi
2) neobsahuje fázi rozmnožování
3) neobsahuje fázi formování
4) končí vytvořením jedné zárodečné buňky
5) ve fázi zrání je reprezentována mitózou
6) u lidí končí v embryonálním období
5. Vajíčko se na rozdíl od spermie vyznačuje:
1) haploidní sada chromozomů
2) diploidní sada chromozomů
3) velký přísun živin
4) větší velikosti
5) nehybnost
6) aktivní pohyb
Úkoly stanovit posloupnost biologických objektů, procesů, jevů. Odpověď napište jako posloupnost písmen.
1. Uveďte sekvenci tvorby buněk během spermatogeneze:
A) spermatidy
B) spermatogonie
B) Spermatocyty 2. řádu
D) spermie
D) primordiální zárodečné buňky
E) Spermatocyty 1. řádu
2. Uveďte sled jevů a procesů, které se vyskytují při přípravě na mitózu a během ní.
A) divergence dceřiných chromatid k pólům buněk
B) chromozomová spirála
B) despiralizace chromozomů
D) zdvojnásobení buněčné DNA
D) tvorba mezifázových jader dceřiných buněk
E) připojení chromozomů k závitům vřeténka
3. Uveďte sled jevů a procesů probíhajících během procesu meiózy.
A) separace chromatid
B) konjugace homologních chromozomů
C) vytvoření čtyř haploidních buněk
D) spiralizace chromozomů dělící se diploidní buňky
D) divergence homologních chromozomů
E) výměna úseků mezi homologními chromozomy
Odpovídající úkoly. Odpověď musí být zapsána jako posloupnost čísel.
1. Stanovte soulad mezi fází mitózy a událostmi, které se během ní odehrávají:
2. Označte shodu mezi fází gametogeneze a událostmi, které se během ní odehrávají:
Část C
1.Jaké jsou mechanismy, které zajišťují stálost počtu chromozomů u potomků při pohlavním rozmnožování?
Odpovědi.
1.-4 2.-3 3.-3 4.- 4 5.-1 6.-4 7.-2 8.-3 9.-1 10.-3
11.-1 12.-3 13.-4 14.-1 15.-2 16.-3 17.-2 18.-1 19.-3 20.-2
21.-1 22.-3 23.-4 24.-3 25.-3 26.-2 27.-4 28.-2 29.-1 30.-4
31.-4 32.-1 33.-2 34.-2 35.-1 36.-3 37.-3 38.-1 39.-2 40.-2
41.-3 42.-1 43.-2 44.-3
3 ze 6:
Posloupnost písmen:
B1- DBEVAG
V2- GBEAVD
B3- GBEDAV
Pro shodu:
C1:
Pravidelná divergence chromozomů během procesu meiózy zajišťuje přesné rozdělení haploidního počtu chromozomů mezi gamety.
Po oplodnění je zygota obnovena na diploidní sadu chromozomů odpovídající rodičovské sadě.
Následná mitotická dělení zajišťují stejný počet chromozomů v buňkách těla potomků, včetně buněk prekurzorů zárodečných buněk.
Obsah Typy reprodukce…………… 3 Mitóza…………………………. 5 Amitóza …………………. . 16 Pohlavní rozmnožování …………………. 18 Meióza……………………… 20 Gametogeneze……………… 26 Typy a struktura gamet………………… 28 Střídání generací………………. 29 Partenogeneze……………….
Reprodukce je reprodukce vlastního druhu, zajišťující kontinuitu a kontinuitu života. To je jedna z nejdůležitějších vlastností živých organismů. Díky reprodukci dochází k: 1. Přenosu dědičné informace. 2. Kontinuita generací je zachována. 3. Doba existence druhu je zachována. 4. Počet druhů se zvyšuje a území (oblast) pobytu se rozšiřuje. Reprodukce je založena na dělení buněk, které zajišťuje zvýšení počtu buněk a růst mnohobuněčného organismu.
TYPY ROZMNOŽOVÁNÍ Rozmnožování Nepohlavní Pohlavní Vlastně nepohlavní (jednou buňkou) Vegetativní (skupinou buněk) Konjugace (jednobuněčné organismy) Mnohobuněčné organismy Bez oplodnění S oplodněním
Nepohlavní rozmnožování Skutečně nepohlavní rozmnožování (jednou buňkou): : 1. Štěpení na dvě (jednoduché) 2. Mitóza 3. Amitóza 4. Pučení 5. Sporulace Vegetativní rozmnožování (skupinou buněk) : : 1. Pučení 2. Fragmentace 3 Vegetativní rozmnožování rostlin
MITÓZA, ČI NEPŘÍMÉ DĚLENÍ Mitóza ((latinsky Mitos - vlákno) je dělení buněčného jádra, při kterém se vytvoří dvě dceřiná jádra se sadou chromozomů shodných s mateřskou buňkou. Mitóza = jaderné dělení + cytoplazmatické dělení Poprvé, mitózu u rostlin pozoroval I. D. Chis-tyakov v roce 1874 a proces podrobně popsali německý botanik E. Strasburger (1877) a německý zoolog W. Fleming (1882).
Buněčný cyklus Období existence buňky od jednoho dělení k druhému se nazývá mitotický nebo buněčný cyklus. Buněčný cyklus u rostlin trvá od 10 do 30 hodin. Jaderné dělení (mitóza) trvá asi 10 % tohoto času. P 1 - presyntetické období C - syntetické období P 2 - postsyntetické období
Struktura chromozomů v různých obdobích buněčného cyklu 1 2 3 4 1, 2 – předsyntetické období; 3 – syntetické a postsyntetické období; 4 – metafáze. 1. Během presyntetického období buňka roste: syntetizuje se protein a RNA a zvyšuje se množství organických látek. 2. Během syntetického období dochází k replikaci DNA (zdvojení). Od tohoto okamžiku se každý chromozom skládá ze dvou chromatid. 3. V období po syntéze dochází k intenzivní syntéze bílkovin a ATP nezbytných pro buněčné dělení.
Oblasti chromatinu v mezifázovém jádře 1. Řetězec DNA ve formě chromatinu. 2. Při dělení buněk je ve formě chromozomu
PROFÁZE Chromatin spirálovitě přechází do bichromatidových chromozomů; jaderná membrána a jadérko se rozpouštějí; Centrioly se rozbíhají směrem k pólům; (2n4c).
METAFÁZE Bichromatidní chromozomy se seřadí na rovníku buňky; Centrioly tvoří vřetenová vlákna, která jsou připojena k centromerám chromozomů; (2n4c).
ANAFÁZE Když se vlákna vřeténka stáhnou, rozdělí se centromery chromozomů a chromatidy každého chromozomu se přesunou k pólům buňky; (4n4c). Každá chromatida je považována za nezávislý chromozom
TELOFÁZE Jednochromatidové (dceřiné) chromozomy se rozvinou, vytvoří se jadérko a kolem nich se vytvoří jaderný obal; na rovníku se začíná tvořit oddíl; v jádrech 2 n 2 c.
CYTOKINEZE (cytoplazmatické dělení) Vytvoření dvoumembránové přepážky podél rovníku buňky s následnou úplnou separací dceřiných buněk. U rostlin se buněčná stěna tvoří podél rovníku buňky. Buněčná cytokineze (foto)
Soubor chromozomů (počet, tvar a velikost) v somatické buňce se nazývá karyotyp. Karyotyp obsahuje dvojitou ((diploidní) sadu chromozomů (2 n 2 n), konstantní pro každý typ organismu. Diploidní sada lidských chromozomů
VÝZNAM MITÓZY 1. Vede ke zvýšení počtu buněk a zajišťuje růst mnohobuněčného organismu. 2. Poskytuje náhradu opotřebované nebo poškozené tkáně. 3. Udržuje sadu chromozomů ve všech somatických buňkách. 4. Slouží jako mechanismus pro nepohlavní rozmnožování, který vytváří potomky geneticky identické s rodiči. 5. Umožňuje studovat karyotyp organismu (v metafázi).
Amitóza neboli přímé dělení Amitóza je rozdělení mezifázového jádra zúžením bez vytvoření štěpného vřeténka. Výskyt v přírodě: Normální 1. Améba 2. Velké jádro řasinek 3. Endosperm 4. Bramborová hlíza 5. Rohovka 6. Buňky chrupavky a jater Patologie 1. Se zánětem 2. Zhoubné novotvary Význam: ekonomický (nízká spotřeba energie) proces buňky reprodukce
SCHIZOGONIE Schizogonie (řec. schizo – split) – mnohočetné nepohlavní rozmnožování u sporozoanů, foraminifer a některých řas. Buněčné jádro (schizont) se rychle po sobě jdoucími děleními rozdělí na několik jader a celá buňka se pak rozpadne na odpovídající počet mononukleárních buněk — merozoity. .
SEXUÁLNÍ ROZMNOŽOVÁNÍ Pohlavní rozmnožování má výhodu oproti nepohlavnímu, protože se účastní dva rodiče. ♂ ♂ spermie ((n)n) + ♀ vajíčko (n)(n) = = zygota (2(2 n)n) Zygota nese dědičné vlastnosti obou rodičů, což výrazně zvyšuje dědičnou variabilitu potomstva a zvyšuje jejich schopnost přizpůsobit se podmínkám prostředí Pohlavní rozmnožování je spojeno s tvorbou v pohlavních orgánech (gonádách) specializovaných buněk - gamet, které se tvoří jako výsledek speciální typ buněčné dělení – meióza.
Meióza je nepřímé buněčné dělení; proces buněčného dělení, při kterém se počet chromozomů v buňce sníží na polovinu. (redukce) V důsledku tohoto dělení vznikají haploidní (n) zárodečné buňky (gamety) a spory. MEIOZA ZYGOTIC GAMET SPOROUS V zygotě po oplození, které vede k tvorbě zoospor v řasách a myceliu hub. V pohlavních orgánech vede k tvorbě gamet U semenných rostlin vede k tvorbě haploidního gametofytu
MEIOZA Meióza se skládá ze dvou po sobě jdoucích dělení – meiózy 1 a meiózy 2. K duplikaci DNA dochází pouze před meiózou 1 a mezi děleními neexistuje žádná mezifáze. Při prvním dělení se homologní chromozomy rozcházejí a jejich počet je poloviční a při druhém dělení se oddělují chromatidy a vznikají zralé gamety. Charakteristickým rysem prvního dělení je složitá a časově náročná profáze.
PROFÁZE 1 (2 n 4 s) Profáze 1 je nejdelší 2 n 4 s Spiralizace chromatinu do bichromatidových chromozomů; Centrioly se rozbíhají směrem k pólům; sblížení (konjugace) a zkrácení homologních chromozomů s následným křížením a výměnou homologních oblastí (crossing over); rozpuštění jaderné membrány.
METAFÁZE 1 (2 n 4 c) Homologní chromozomy jsou umístěny v párech na rovníku a vzájemně se odpuzují. Vznikne štěpné vřeteno. Vřetenová vlákna jsou připojena k bichromatidním chromozomům.
ANAFÁZE 1 (2 n 4 c) Homologní chromozomy, složené ze dvou chromatid, se rozbíhají k pólům. Dochází k úbytku (redukci) chromozomů na pólech buňky.
TELOFÁZE 1 (1 n 2 c) V telofázi se z každého páru homologních chromozomů jeden objeví v dceřiných buňkách a sada chromozomů se stane haploidní. Každý chromozom se však skládá ze dvou chromatid, takže buňka okamžitě zahájí druhé dělení.
MEIOZA 2 (1 n 2 c, 1, 1 nn 2 c, 2 n 2 c, nc)nc) Druhé meiotické dělení nastává podle typu mitózy. V anafázi 2 se chromatidy pohybují směrem k pólům, které se stávají dceřinými chromozomy. Z každé počáteční buňky se v důsledku meiózy vytvoří čtyři buňky s haploidní sadou chromozomů.
GAMETOGENEZE GAMETOGENEZE Spermatogeneze ♂♂ Oogeneze ♀♀ (ve varlatech) (ve vaječnících) Reprodukční období (mitóza) V reprodukčním období V embryonálním období Růstové období (interfáze) Nevýznamné Dlouhé období Spermocyt 1. řádu Matuocyt I. řádu O období (meióza) První a druhé První a druhé meiotické nerovnoměrné dělení meiotické dělení 4 spermie 1 vajíčko
Vývoj gamet u kvetoucích rostlin Vývoj pylových zrn. Každé pylové zrno se vyvíjí z mateřské buňky mikrospory, která prochází meiózou a produkuje 4 pylová zrna. Vývoj embryonálního zrna. Embryonální vak se vyvíjí z haploidní megaspory vyplývající z meiotického dělení mateřské buňky makrospory.
Typy a struktura gamet 1 2 Obr. 1. Spermie: 1 – králík, 2 – potkan, 3 – morče, 4 - člověk, 5 - rak, 6 - pavouk, 7 - brouk, 8 - přeslička, 9 - mech, 1 O - kapradina. Rýže. 2. Savčí vejce: 1 – skořápka, 2 – jádro, 3 – cytoplazma, 4 – folikulární buňky. Termíny spermie a vajíčko byly vytvořeny Karlem Baerem v roce 1827.
I když potomci obdrží identické geny od obou rodičů, účinek těchto genů se může lišit, protože geny nesou rodičovský „otisk“, který je odlišný u mužů a žen, což ovlivňuje normální vývoj těla a hraje také roli v výskyt nemocí. Jev, kdy je při tvorbě gamet u potomka vymazán předchozí chromozomální „otisk“ získaný od rodičů a jeho geny jsou označeny v souladu s pohlavím daného jedince, se nazývá genomický otisk.
Různé životní cykly (střídání generací)) A – zygotická meióza: zelené řasy, houby. B – gametická meióza: obratlovci, měkkýši, členovci. B – meióza spor: hnědé, červené řasy a všechny vyšší rostliny.
Význam meiózy Počet chromozomů je zachován z generace na generaci. Zralé gamety obdrží haploidní počet (n) chromozomů a po oplodnění se obnoví diploidní počet chromozomů charakteristický pro daný druh. Zformováno velký počet nové kombinace genů při křížení a fúzi gamet (kombinační variabilita), což dává nový materiál pro evoluci (potomci se liší od rodičů). ♂ (n) + ♀ (n) = zygota (2 n) → nový organismus (2 n)
Partenogeneze (gr. panenský původ) – sexuální reprodukci, ve kterém dochází k vývoji nového organismu z neoplozeného vajíčka. Partenogeneze Fakultativně Cyklická Povinná (povinná) Bez oplodnění i po něm: včely, mravenci, vířníci ♂ + ♀ = samice ♀ → samci Vznikli jako způsob regulace poměru pohlaví U dafnií mšice ♀ → ♀ - v létě ♂ + ♀ - na podzim Vznikl jako způsob přežití díky velkému úhynu jedinců Všichni jedinci jsou samice (kavkazský skalník) Vznikl jako způsob přežití druhu díky obtížím setkávání jedinců V rostlinách (brukvovité rostliny, Asteraceae , Rosaceae atd.), partenogeneze se nazývá apomixis.
Kontrolní a generalizační test 1. V jakém období buněčného cyklu se množství DNA zdvojnásobí? A) metafáze, b) profáze, c) syntetická perioda, d) presyntetická perioda. 2. V jakém období mitózy se chromozomy seřadí podél rovníku? A) v profázi, b) v metafázi, c) v anafázi, d) v telofázi. 3. Která událost chybí v mitóze ve srovnání s meiózou? A) duplikace DNA, b) konjugace a křížení chromozomů, c) divergence chromozomů k pólům. 4. Jaká sada chromozomů se získá při mitotickém dělení? A) haploidní, b) diploidní, c) triploidní. 5. Co je charakteristické pro období fragmentace (blastomery)? A) meiotické dělení, b) aktivní růst buňky, c) buněčná specializace, d) mitotické dělení. 6. Jak končí proces hnojení? A) přiblížení spermie k vajíčku, b) průnik spermie do vajíčka, c) splynutí jader a vznik zygoty. 7. Nervový systém se vyvíjí z: a) endodermu, b) mezodermu, c) ektodermu.
8. Kolik chromatid je v chromozomu na konci mitózy? A)1, b)2, c)3, d)4. 9. Embryo ve stádiu gastruly: a) jednovrstvé, b) dvouvrstvé, c) vícevrstvé. 10. Mají-li včely diploidní sadu chromozomů rovnou 32, pak mají 16 chromozomů: a) trubec, b) královna, c) včela dělnice. 11. Jaká je sada chromozomů v endospermu pšeničného zrna? A) haploidní, b) diploidní, c) triploidní. 12. Co se děje během postsyntetické fáze interfáze? A) buněčný růst a syntéza organických látek, b) zdvojení DNA, c) akumulace ATP. 13. Jaké rozdělení je základem pohlavního rozmnožování? A) mitóza, b) amitóza, c) meióza, d) schizogonie. 14. Co vzniká v důsledku oogeneze? A) spermie, b) vajíčko, c) zygota, d) tělesné buňky. 15. Jaká sada chromozomů bude v buňce po meiotickém dělení, pokud jich matka měla 12? 16. Z kterého zárodečná vrstva tvoří se svaly?
Standardní odpovědi na kontrolní test 1. c; 2. b; 3. b; 4. b; 5,g; 6. v; 7. v; 8. a; 9. v; 10. a; 11. v; 12. v; 13. v; 14. b. 15. 6 chromozomů, 20. Z mezodermu;
Buňky mnohobuněčných organismů mají obvykle dvojitou nebo diploidní (2 n) sadu chromozomů, protože zygota (vajíčko, ze kterého se organismus vyvíjí) v důsledku oplodnění obdrží jednu sadu chromozomů od každého rodiče. Proto jsou všechny chromozomy sady párové, homologní – jeden od otce, druhý od matky. V buňkách je tato sada udržována konstantní prostřednictvím mitózy.
Pohlavní buňky (gamety) – vajíčka a spermie (nebo spermie u rostlin) – mají jednu nebo haploidní sadu chromozomů (n). Tato sada gamet se získává prostřednictvím meiózy (z řeckého slova meiosis - redukce). Během procesu meiózy dochází ke zdvojení jednoho chromozomu a ke dvěma dělením – redukčnímu a rovnicovému (rovnoprávnému). Každá z nich se skládá z řady fází: interfáze, profáze, metafáze, anafáze a telofáze (obr. 1).
V interfázi I (první dělení) dochází ke zdvojení – reduplikaci – chromozomů. Každý chromozom se pak skládá ze dvou identických chromatid spojených jedinou centromerou. V profázi I meiózy dochází k párování (konjugaci) zdvojených homologních chromozomů, které tvoří bivalenty sestávající ze čtyř chromatid. V této době dochází ke spiralizaci, zkrácení a ztluštění chromozomů. V metafázi I se párové homologní chromozomy seřadí na rovníku buňky, v anafázi I se rozcházejí k jejím různým pólům a v telofázi I se buňka dělí. Po prvním dělení se do každé ze dvou buněk dostane pouze jeden zdvojený chromozom z každého páru homologních chromozomů, tj. počet chromozomů se sníží na polovinu.
Po prvním dělení procházejí buňky krátkou interfázi II (druhé dělení) bez zdvojení chromozomů. Druhé dělení probíhá jako mitóza. V metafázi II se chromozomy sestávající ze dvou chromatid seřadí na rovníku buňky. V anafázi II se chromatidy pohybují směrem k pólům. V telofázi II se obě buňky dělí. Bylo zjištěno, že existuje přímý vztah mezi sadou chromozomů v jádře (2 n nebo n) a množstvím DNA v něm (označeno písmenem C). Diploidní buňka má dvakrát více DNA (2C) než haploidní buňka (C). V interfázi I diploidní buňky, před její přípravou na dělení, dochází k replikaci DNA, její množství se zdvojnásobí a rovná se 4C. Po prvním dělení se množství DNA v dceřiných buňkách snižuje na 2C, po druhém dělení - na 1C, což odpovídá haploidní sadě chromozomů.
Biologický význam meiózy je následující. Především je v průběhu řady generací zachována sada chromozomů charakteristická pro daný druh, protože během oplození haploidní gamety splývají a diploidní sada chromozomů je obnovena.
V meióze navíc dochází k procesům, které zajišťují implementaci základních zákonů dědičnosti: za prvé, díky konjugaci a povinné následné divergenci homologních chromozomů je implementován zákon čistoty gamet - každá gameta obdrží pouze jeden chromozom z páru homologů a tedy pouze jedna alela z páru - A nebo a, B nebo b.
Za druhé, náhodná divergence nehomologních chromozomů v prvním dělení zajišťuje nezávislou dědičnost znaků řízených geny umístěnými na různých chromozomech a vede k tvorbě nových kombinací chromozomů a genů (obr. 2).
Za třetí, geny umístěné na stejném chromozomu vykazují spojenou dědičnost. Mohou se však spojovat a tvořit nové kombinace genů v důsledku cross over – výměny úseků mezi homologními chromozomy, ke které dochází při jejich konjugaci v profázi prvního dělení (obr. 3).
Lze tedy rozlišit dva mechanismy pro tvorbu nových kombinací (genetická rekombinace) v meióze: náhodná divergence nehomologních chromozomů a cross over.
