Informácie

Prečo sa chromozómy nezdvojujú v S-fáze?

Prečo sa chromozómy nezdvojujú v S-fáze?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

DNA sa zdvojuje v S-fáze, ale chromozómy sa nezdvojujú v S-fáze, napriek tomu, že chromozómy vznikajú kondenzáciou DNA. prečo je to tak?


Po prvé, chromozómy sa skladajú z pôvodnej a replikovanej chromatidy, nazývanej sesterské chromatidy. Chromatidy sa skladajú z tesne zbalenej DNA.

DNA sa replikuje po skončení S-fázy, alebo inými slovami, materiál tvoriaci dve sesterské chromatidy je tam. Háčik je v tom, že chromozómy a chromatidy v skutočnosti ešte nie sú kondenzované, DNA je v tomto štádiu ešte úplne rozbalená. Takže v skutočnosti aj keď nevidíte skutočné chromozómy, materiál, z ktorého sa skladajú, bol počas S-fázy duplikovaný.

Kondenzácia DNA nastáva o dva kroky neskôr počas profázy, kde sa potom tvoria odlišné sesterské chromatidy/chromozómy z balenia DNA, ktorá bola duplikovaná počas S-fázy.


Prečo sa chromozómy nezdvojujú v S-fáze? - Biológia

Veľká vec, ktorá sa stane, je, že sa vytvoria vajíčka alebo spermie. Slovo „gaméta“ zahŕňa vajíčka aj spermie. Ľudia majú 23 párov chromozómov takmer v každej bunke v tele (ale nie v gamétach). Chromozómy prichádzajú v pároch, pretože ste dostali 1 chromozóm #1 od svojej mamy a jeden chromozóm #1 od svojho otca. Je to tak pre každý chromozóm. Ak by sa spermia s 23 pármi chromozómov spojila s vajíčkovou bunkou s 23 pármi chromozómov, dieťa by malo 4 z každého chromozómu, a to jednoducho nebude fungovať. Ak by aj áno, ďalšia generácia by mala 8 z každého chromozómu a zakaždým by sa zdvojnásobila.

Meióza teda oddeľuje dva chromozómy od každého páru a dáva každej gaméte iba jednu kópiu každého chromozómu. Týmto spôsobom, keď sa vajíčko a spermia spoja, dieťa má iba 2 z každého chromozómu.

Výhodou sexuálneho rozmnožovania je namiesto produkcie identických klonov variácia. Každé vajíčko je iné ako každé iné vajíčko a to isté platí aj pre spermie. Deje sa to z 2 dôvodov:

1. Gaméta náhodne dostane buď kópiu od mamy, alebo kópiu od otca nezávisle pre každý chromozóm. To znamená, že gaméta môže získať chromozóm #1 od mamy, ale je čisto náhoda, či dostane chromozóm #2 od otca alebo mamy.

2. Počas jednej fázy meiózy (profázy) si chromozómy vymenia časti. Pred rozdelením chromozómov si každý vytvorí svoju kópiu, takže na chvíľu sú v bunke 4 kópie každého chromozómu, ktoré sa delia a vytvárajú gaméty. Tieto štyri sa môžu krútiť dohromady a vymieňať si kúsky, takže každý z nich je akousi mozaikou kúskov chromozómu od mamy a jedného od otca. Aj keď dve bunky dostanú chromozóm #1 napríklad od otca, jedna môže mať kúsok od mamy. Bunka sa delí dvakrát, takže bunky na konci majú iba 1 kópiu každého chromozómu.

Na konci meiózy u mužov 1 bunka vytvorí 4 spermie. Každý z nich bude mať jednu kópiu každého chromozómu. Každá z nich sa bude líšiť od všetkých ostatných spermií vyrobených tým istým mužom. Na konci meiózy u samíc bude len jedno vajíčko, pretože pri každom delení jedna bunka zaberie väčšinu cytoplazmy (tekutinu a organely v bunke). Bude mať jednu kópiu každého chromozómu. Každé z nich sa bude líšiť od všetkých ostatných vajíčok vyrobených tou istou samicou.

Neľudské zvieratá a rastliny majú rôzny počet chromozómov, ale ak tvoria vajíčka a spermie, robia meiózu.

Prečo si myslíte, že vajíčko musí mať veľa cytoplazmy a spermie nie?

Ak vás takéto otázky zaujímajú, možno budete chcieť študovať bunkovú biológiu alebo genetiku.

Meióza je typ bunkového delenia, ktorého výsledkom je produkcia gamét alebo pohlavných buniek mnohobunkových organizmov. Na rozdiel od typických somatických (telových) buniek sú gaméty haploidné, čo znamená, že majú jednu kópiu celého genómu na rozdiel od dvoch. Meióza prebieha v dvoch fázach, meióza I a meióza II.

Pri meióze I začíname s diploidnou bunkou (má dve kópie úplného genómu). Prvá fáza meiózy I sa nazýva profáza I. Práve počas profázy I dochádza k výmene DNA medzi homológnymi chromozómami v procese nazývanom „crossing over“ alebo „genetická rekombinácia“, ktorý je dôležitý pre udržanie diverzity v genetickom fonde z jednej generácie jednotlivcov na ďalšiu. V tejto fáze sa rozpúšťa aj jadrový obal, centrioly sa presúvajú k pólom bunky a z centriolov vychádzajú mikrotubuly/vretená a pripájajú sa k centromérom chromozómov. Po profáze I prichádza metafáza I. V metafáze I sa homológne páry chromozómov zarovnajú pozdĺž platničky metafázy. Ďalšou fázou je anafáza I, kde sa chromozómy pohybujú od seba na dvoch stranách predlžujúcej sa bunky pozdĺž vretenových vlákien. Následne v telofáze I mikrotubuly zmiznú a bunka sa rozdelí na dve bunky, každá s jednou sadou chromozómov. Každý chromozóm má pár „sesterských chromatidov“.

Odtiaľ začína meióza II. Prvou fázou meiózy II je profáza II, kde opäť mizne jadrový obal a jadierka a centrioly sa presúvajú k opačným pólom každej z dvoch nových dcérskych buniek. Nasleduje metafáza II a podobne ako metafáza I sa sesterské chromatidy zoradia pozdĺž stredu buniek. V anafáze II sa sesterské chromatidy pohybujú od seba smerom k opačným koncom bunky a v telofáze II sa bunky delia a jadrový obal/jadierko sa znovu objavuje. Na konci meiózy II sú štyri bunky, každá s haploidnou sadou chromozómov.

Krátke na to, že bunka najprv replikuje DNA (čím sa dočasne stane tetraploidnou) a potom sa dvakrát delí, aby vytvorila štyri haploidné dcérske bunky - u zvierat sú to gaméty a u rastlín sú to spóry. Neviem čo sú v hubách ale zatiaľ je to iné.

Existuje niekoľko fáz meiózy, ktoré zahŕňajú pohyby a preskupenia chromozómov, aby sa zabezpečilo, že výsledné dcérske bunky budú mať jednu kópiu každého génu, ako aj aby sa zabezpečilo, že možné výsledky budú čo najrozmanitejšie. Patria medzi ne prekríženie (v profáze I si páry chromozómov z každého rodiča vymieňajú genetický materiál) a nezávislý sortiment (v anafáze I to, či daný chromozóm od jedného rodiča ide do danej dcérskej bunky, nemá žiadny vplyv na kópiu toho ktorého rodiča). odlišný chromozóm ide do tej istej dcérskej bunky). Inak sú tieto dve bunkové delenia podobné deleniu pri mitóze, vrátane rovnakých štyroch fáz (profáza, metafáza, anafáza, telofáza, cytokinéza).

Existujú dva typy bunkového delenia, ktoré naše bunky podstupujú: mitóza a meióza. Mitóza je pravidelné bunkové delenie, pri ktorom sú skopírované bunky alebo dcérske bunky úplne rovnaké s rovnakou DNA. Meióza je bunkové delenie gamét alebo reprodukčných buniek (spermie a vajíčka). Máme 23 párov chromozómov (ktoré obsahujú našu DNA), takže celkovo 46. Na obrázkoch tieto dva páry vyzerajú ako prekrížené palice. Pri mitóze je počet chromozómov zachovaný a v dcérskych bunkách skončíme so 46 chromozómami. V meióze sa počet zníži na polovicu a skončíme s 23 celkom v každej bunke. Dôvodom je, že v bežnej bunke pochádza 23 chromozómov od matky a ďalších 23 od otca. Takže potrebujete meiózu na rozdelenie chromozómov, aby sa mohli pridať neskôr počas reprodukcie.

Fázy je meióza a mitóza sú rovnaké, okrem toho, že meióza prechádza 2 deleniami. Poradie mitózy je: interfáza, profáza, prometafáza, metafáza 1, anafáza 1, telofáza 1, interfáza 2, metafáza 2, anafáza 2, telofáza 2, cytokinéza.

Interfáza: bunka má 46 chromozómov a začína zhutňovať chromozómy do chromatínu (husto zbalená DNA).
Profáza: chromozómy sa zdvojnásobia na 92 ​​chromozómov, aby sa mohli krížiť. Kríženie sa vyskytuje iba v meióze, kde sa dve rôzne sady chromozómov spoja, aby vytvorili novú zmes (ťažko to vysvetliť, mali by ste sa pozrieť na obrázok). Prekročenie je dôvodom genetickej rozmanitosti.
Prometafáza: jadrom bunky sa delia mikrotubuly (vlákna), ktoré sa pripájajú k centromére alebo stredu chromozómov.
Metafáza 1: všetky chromozómy sú zoradené v strede bunky.
Anafáza 1: chromozómy sa oddeľujú
Telofáza 1: začína sa delenie buniek
Interfáza 2: Vytvoria sa 2 bunky so 46 chromozómami (tentoraz sa nezdvojnásobia, aby sa prekrížili)

A celý proces prebieha znova, až kým cytokinéza opäť nerozdelí bunky. Telofáza 1 vytvorila 2 bunky a cytokinéza tieto dve bunky rozdelila na polovicu, čím sme získali celkom 4 bunky s 23 chromozómami. Mitóza vytvára dve bunky z jednej bunky, ale meióza vytvára 4.

Aby ste si vizualizovali a úplne porozumeli procesu meiózy (a mitózy), mali by ste sa skutočne pozrieť na niektoré obrázky, či už vo vašej učebnici alebo online.


Kontrola bunkového delenia

Martin Fischer, . James A. DeCaprio, v hematológii (siedme vydanie), 2018

S fáza

S fáza je obdobie veľkoobchodnej syntézy DNA, počas ktorého bunka replikuje svoj genetický obsah, normálna diploidná somatická bunka s 2N komplementom DNA na začiatku S fázy získava 4N komplement DNA na jej konci. (Pripomeňme, že N = 1 kópia každého chromozómu na bunku [haploid] 2N = 2 kópie [diploid].) Trvanie fázy S sa môže meniť od niekoľkých minút v rýchlo sa deliacich skorých embryonálnych bunkách až po niekoľko hodín vo väčšine somatických buniek. bunky. Skoré embryonálne bunky vo všeobecnosti „žijú“ z nahromadených zásob materskej RNA a proteínov prítomných vo vajíčku a sú transkripčne tiché, zatiaľ čo bunky v neskoršom vývoji a zrelé organizmy musia aktívne prepisovať podskupiny svojich génov, aby prežili a zachovali si špecializované funkcie. Dlhší čas potrebný na dokončenie S fázy týmto bunkám pravdepodobne umožňuje koordinovať replikáciu DNA s transkripciou a zachovať génové a chromatínové štruktúrne informácie vyššieho rádu, ktoré ovplyvňujú génovú expresiu na prenos do buniek potomstva.


Chromozómová štruktúra

Kontinuita života z jednej bunky do druhej má svoj základ v reprodukcii buniek prostredníctvom bunkového cyklu. The bunkový cyklus je usporiadaný sled udalostí, ktorý opisuje štádiá života bunky od rozdelenia jednej rodičovskej bunky po produkciu dvoch nových dcérskych buniek. Mechanizmy zapojené do bunkového cyklu sú vysoko regulované. Časť tejto regulácie zahŕňa fyzický tvar a štruktúru, ktorú má DNA počas rôznych fáz bunkového cyklu.

Eukaryotická chromozomálna štruktúra a zhutnenie

Ak by bola DNA zo všetkých 46 chromozómov v jadre ľudskej bunky rozložená od konca po koniec, merala by približne dva metre, ale jej priemer by bol iba 2 nm. Vzhľadom na to, že veľkosť typickej ľudskej bunky je asi 10 mikrometrov (100 000 buniek usporiadaných do jedného metra), DNA musí byť pevne zabalená, aby sa zmestila do bunkového jadra. Zároveň musí byť ľahko prístupný pre gény, ktoré sa majú exprimovať. Počas niektorých štádií bunkového cyklu sú dlhé vlákna DNA kondenzované do kompaktných chromozómov. Existuje niekoľko spôsobov, ako sú chromozómy zhutnené.

V prvej úrovni zhutnenia sa krátke úseky dvojitej špirály DNA ovinú okolo jadra z ôsmich histón proteíny v pravidelných intervaloch po celej dĺžke chromozómu (obrázok 3). Komplex DNA-histón je tzv chromatín. Guľôčkový, histónový DNA komplex sa nazýva a nukleozóma DNA spájajúca nukleozómy sa nazýva linkerová DNA. Molekula DNA v tejto forme je asi sedemkrát kratšia ako dvojitá špirála bez histónov a guľôčky majú priemer približne 10 nm, na rozdiel od 2 nm priemeru dvojitej špirály DNA. Ďalšia úroveň zhutnenia nastáva, keď sú nukleozómy a spojovacia DNA medzi nimi stočené do 30 nm chromatínového vlákna. Toto stočenie ďalej skracuje chromozóm, takže je teraz asi 50-krát kratší ako predĺžená forma. V tretej úrovni balenia sa na balenie chromatínu používajú rôzne vláknité proteíny. Tieto vláknité proteíny tiež zabezpečujú, že každý chromozóm v nedeliacej sa bunke zaberá určitú oblasť jadra, ktorá sa neprekrýva s oblasťou žiadneho iného chromozómu.

Obrázok 3. Dvojvláknová DNA sa ovíja okolo histónových proteínov a vytvára nukleozómy, ktoré majú vzhľad „guľôčok na šnúrke“. Nukleozómy sú stočené do 30 nm chromatínového vlákna. Keď bunka prechádza mitózou, chromozómy kondenzujú ešte viac.

DNA sa replikuje v S fáze interfázy. Po replikácii sa chromozómy skladajú z dvoch spojených sesterské chromatidy. Spojenie medzi sesterskými chromatidami je najbližšie v oblasti tzv centroméra. Spojené sesterské chromatidy sú viditeľné pod svetelným mikroskopom. Centromerická oblasť je vysoko kondenzovaná, a preto sa bude javiť ako zúžená oblasť.

Táto animácia ilustruje rôzne úrovne balenia chromozómov:

Z tejto verzie textu bol vylúčený prvok YouTube. Môžete si ho pozrieť online tu: pb.libretexts.org/biowm/?p=142

DNA v eukaryotoch je vysoko štruktúrovaná a organizovaná vo všetkých štádiách života organizmov. Diploidné organizmy obsahujú pár z každého chromozómu, ľudia majú 23 párov na celkový počet 46 chromozómov. Páry chromozómov, tiež známe ako homológne chromozómy, obsahujú rovnaké gény, hoci môžu existovať rozdiely medzi verziou génu na každom členovi páru. DNA je normálne pevne zabalená do jadra eukaryotickej bunky prostredníctvom komplexov proteín-DNA, ktoré tvoria charakteristický kondenzovaný tvar „chromozómu“. DNA sa ešte viac zhutňuje pri príprave na delenie buniek.


Etapy mitózy

Bunka zobrazená nižšie je na začiatku profázy a sú viditeľné kondenzované chromozómy v tvare X.

Každý z týchto chromozómov sa v skutočnosti skladá z dva identické vlákna DNA. DNA sa zdvojnásobí skôr v bunkovom cykle vo fáze S. Čoskoro sa vrátime do fázy S.

V ďalšej fáze mitózy (metafázy) sa chromozómy zoradia v strede bunky (na doštičke metafázy) v rámci prípravy na rovnomerné rozdelenie na dcérske bunky.


Eukaryotická chromozomálna štruktúra a zhutnenie

Ak by bola DNA zo všetkých 46 chromozómov v jadre ľudskej bunky rozložená od konca po koniec, merala by približne dva metre. Priemer by však bol len 2 nm. Vzhľadom na to, že veľkosť typickej ľudskej bunky je asi 10 mikrometrov (100 000 buniek usporiadaných do jedného metra), DNA musí byť pevne zabalená, aby sa zmestila do bunkového jadra. Zároveň musí byť ľahko prístupný pre gény, ktoré sa majú exprimovať. Počas niektorých štádií bunkového cyklu sú dlhé vlákna DNA kondenzované do kompaktných chromozómov. Existuje niekoľko spôsobov, ako sú chromozómy zhutnené, aby sa zmestili do bunkového jadra a boli prístupné pre génovú expresiu.

V prvej úrovni zhutnenia sa krátke úseky dvojzávitnice DNA ovinú okolo jadra ôsmich histónových proteínov v pravidelných intervaloch po celej dĺžke chromozómu. Komplex DNA-histón sa nazýva chromatín. Guľôčkový komplex histónovej DNA sa nazýva nukleozóm. DNA spájajúca nukleozómy sa nazýva linkerová DNA. Molekula DNA v tejto forme je asi sedemkrát kratšia ako dvojitá špirála bez histónov. Guľôčky majú priemer asi 10 nm, na rozdiel od 2 nm priemeru dvojitej špirály DNA. Ďalšia úroveň zhutnenia nastáva, keď sú nukleozómy a spojovacia DNA medzi nimi stočené do 30 nm chromatínového vlákna. Toto stočenie ďalej skracuje chromozóm, takže je teraz asi 50-krát kratší ako predĺžená forma. V tretej úrovni balenia sa na balenie chromatínu používajú rôzne vláknité proteíny. Tieto vláknité proteíny tiež zabezpečujú, že každý chromozóm v nedeliacej sa bunke zaberá určitú oblasť jadra, ktorá sa neprekrýva s oblasťou žiadneho iného chromozómu.

Obrázok (PageIndex<1>): Úrovne zhutnenia DNA: Dvojvláknová DNA sa ovíja okolo histónových proteínov a vytvára nukleozómy, ktoré majú vzhľad „guľôčok na šnúrke“. Nukleozómy sú stočené do 30 nm chromatínového vlákna. Keď bunka prechádza mitózou, chromozómy kondenzujú ešte viac.

DNA sa replikuje v S fáze interfázy. Po replikácii sú chromozómy zložené z dvoch spojených sesterských chromatidov. Keď sú úplne kompaktné, páry identicky zbalených chromozómov sú navzájom spojené kohezínovými proteínmi. Spojenie medzi sesterskými chromatidami je najbližšie v oblasti nazývanej centroméra. Spojené sesterské chromatidy s priemerom približne 1 mikrometrov sú viditeľné pod svetelným mikroskopom. Centromerická oblasť je vysoko kondenzovaná a bude sa javiť ako zúžená oblasť.


Genetická väzba a vzdialenosti

Mendelova práca naznačila, že vlastnosti sa dedia nezávisle od seba. Morgan identifikoval pomer 1:1 medzi segregačným znakom a X chromozómom, čo naznačuje, že náhodná segregácia chromozómov bola fyzikálnym základom Mendelovho modelu. To tiež ukázalo, že spojené gény narúšajú predpovedané výsledky Mendel's. Skutočnosť, že každý chromozóm môže niesť veľa spojených génov, vysvetľuje, ako môžu mať jednotlivci oveľa viac vlastností, než majú chromozómy. Pozorovania výskumníkov v laboratóriu Morgan's však naznačili, že alely umiestnené na rovnakom chromozóme neboli vždy zdedené spoločne. Počas meiózy sa spojené gény akosi stali nespojené.


Replikácia DNA v eukaryotoch

Pretože eukaryotické genómy sú veľmi zložité, replikácia DNA je veľmi komplikovaný proces, ktorý zahŕňa niekoľko enzýmov a iných proteínov. Vyskytuje sa v troch hlavných fázach: iniciácia, predĺženie a ukončenie.

Pripomeňme, že eukaryotická DNA sa viaže na proteíny známe ako históny a vytvára štruktúry nazývané nukleozómy. Počas iniciácie sa DNA sprístupní proteínom a enzýmom zapojeným do procesu replikácie. Ako replikačný mechanizmus vie, kde má dvojzávitnica DNA začať? Ukazuje sa, že existujú špecifické nukleotidové sekvencie nazývané počiatky replikácie, v ktorých replikácia začína. Určité proteíny sa viažu na začiatok replikácie, zatiaľ čo enzým nazývaný helikáza sa odvíja a otvára špirálu DNA. Ako sa DNA otvára, vytvárajú sa štruktúry v tvare Y nazývané replikačné vidlice (obrázok 9.2.3). Na začiatku replikácie sa vytvoria dve replikačné vidlice, ktoré sa v priebehu replikácie rozšíria v oboch smeroch. Na eukaryotickom chromozóme existuje viacero počiatkov replikácie, takže replikácia môže prebiehať súčasne z niekoľkých miest v genóme.

Počas predlžovania pridáva enzým nazývaný DNA polymeráza nukleotidy DNA na 3' koniec templátu. Pretože DNA polymeráza môže pridať nové nukleotidy iba na koniec hlavného reťazca, sekvencia primérov, ktorá poskytuje tento východiskový bod, sa pridá s komplementárnymi RNA nukleotidmi. Tento primér sa neskôr odstráni a nukleotidy sa nahradia nukleotidmi DNA. Jedno vlákno, ktoré je komplementárne k rodičovskému vláknu DNA, sa syntetizuje kontinuálne smerom k replikačnej vidlici, takže polymeráza môže pridávať nukleotidy v tomto smere. Tento nepretržite syntetizovaný reťazec je známy ako vedúci reťazec. Pretože DNA polymeráza dokáže syntetizovať DNA iba v smere od 5' do 3', druhý nový reťazec sa poskladá do krátkych kúskov nazývaných Okazakiho fragmenty. Okazakiho fragmenty vyžadujú na začatie syntézy primér vyrobený z RNA. Vlákno s Okazakiho fragmentmi je známe ako zaostávajúce vlákno. Ako syntéza pokračuje, enzým odstraňuje RNA primer, ktorý je potom nahradený nukleotidmi DNA a medzery medzi fragmentmi sú zapečatené enzýmom nazývaným DNA ligáza.

Proces replikácie DNA možno zhrnúť takto:

  1. DNA sa odvíja na začiatku replikácie.
  2. Do komplementárnych rodičovských reťazcov sa pridávajú nové bázy. Jeden nový prameň sa vyrába nepretržite, zatiaľ čo druhý prameň sa vyrába po častiach.
  3. Priméry sa odstránia, na miesto primérov sa vložia nové nukleotidy DNA a kostra sa utesní DNA ligázou.

Obrázok 9.2.3: Otvorením začiatku replikácie sa vytvorí replikačná vidlica a vlákna DNA oddelí helikáza. Syntetizuje sa RNA primér, ktorý sa predĺži DNA polymerázou. Na vedúcom vlákne sa DNA syntetizuje nepretržite, zatiaľ čo na zaostávajúcom vlákne sa DNA syntetizuje v krátkych úsekoch. Fragmenty DNA sú spojené DNA ligázou (nie je znázornená).

Izolujete bunkový kmeň, v ktorom je narušené spájanie Okazakiho fragmentov a máte podozrenie, že došlo k mutácii v enzýme nájdenom na replikačnej vidlici. Ktorý enzým je s najväčšou pravdepodobnosťou zmutovaný?

Replikácia telomér

Pretože eukaryotické chromozómy sú lineárne, replikácia DNA prichádza na koniec línie v eukaryotických chromozómoch. Ako ste sa dozvedeli, enzým DNA polymeráza môže pridávať nukleotidy iba jedným smerom. Vo vedúcom vlákne syntéza pokračuje, kým sa nedosiahne koniec chromozómu, avšak na zaostávajúcom vlákne nie je miesto na vytvorenie priméru pre fragment DNA, ktorý sa má skopírovať na koniec chromozómu. To predstavuje problém pre bunku, pretože konce zostávajú nepárové a postupom času sa tieto konce postupne skracujú, pretože bunky pokračujú v delení. Konce lineárnych chromozómov sú známe ako teloméry, ktoré majú opakujúce sa sekvencie, ktoré nekódujú konkrétny gén. V dôsledku toho sa teloméry skracujú s každým kolom replikácie DNA namiesto génov. Napríklad u ľudí sa sekvencia so šiestimi pármi báz, TTAGGG, opakuje 100 až 1000-krát. Objav enzýmu telomeráza (obrázok 9.2.4) pomohol pochopiť, ako sa zachovávajú konce chromozómov. Telomeráza sa pripojí na koniec chromozómu a komplementárne bázy k templátu RNA sa pridajú na koniec reťazca DNA. Akonáhle je templát zaostávajúceho vlákna dostatočne predĺžený, DNA polymeráza môže teraz pridať nukleotidy, ktoré sú komplementárne ku koncom chromozómov. Konce chromozómov sa teda replikujú.

Obrázok 9.2.4: Konce lineárnych chromozómov sú udržiavané pôsobením enzýmu telomerázy.

Typicky sa zistilo, že telomeráza je aktívna v zárodočných bunkách, dospelých kmeňových bunkách a niektorých rakovinových bunkách. Za objav telomerázy a jej pôsobenia dostala Elizabeth Blackburnová (obrázok 9.2.5) v roku 2009 Nobelovu cenu za medicínu a fyziológiu.

Obrázok 9.2.5: Elizabeth Blackburnová, nositeľka Nobelovej ceny za rok 2009, bola vedkyňou, ktorá objavila, ako funguje telomeráza. (kredit: Veľvyslanectvo USA, Štokholm, Švédsko)

Telomeráza nie je aktívna v dospelých somatických bunkách. Dospelé somatické bunky, ktoré prechádzajú bunkovým delením, majú naďalej skrátené teloméry. To v podstate znamená, že skracovanie telomér súvisí so starnutím. V roku 2010 vedci zistili, že telomeráza môže zvrátiť niektoré stavy súvisiace s vekom u myší, čo môže mať potenciál v regeneratívnej medicíne. 1 V týchto štúdiách sa použili myši s deficitom telomerázy, tieto myši majú atrofiu tkaniva, depléciu kmeňových buniek, zlyhanie orgánového systému a zhoršené reakcie na poškodenie tkaniva. Reaktivácia telomerázy u týchto myší spôsobila predĺženie telomér, zníženie poškodenia DNA, zvrátenie neurodegenerácie a zlepšenie fungovania semenníkov, sleziny a čriev. Reaktivácia telomér teda môže mať potenciál na liečbu chorôb súvisiacich s vekom u ľudí.

Replikácia DNA v prokaryotoch

Pripomeňme, že prokaryotický chromozóm je kruhová molekula s menej rozsiahlou špirálovou štruktúrou ako eukaryotické chromozómy. Eukaryotický chromozóm je lineárny a vysoko stočený okolo proteínov. Aj keď existuje veľa podobností v procese replikácie DNA, tieto štrukturálne rozdiely si vyžadujú určité rozdiely v procese replikácie DNA v týchto dvoch formách života.

Replikácia DNA bola mimoriadne dobre študovaná na prokaryotoch, predovšetkým kvôli malej veľkosti genómu a veľkému počtu dostupných variantov. Escherichia coli má 4,6 milióna párov báz v jednom kruhovom chromozóme a všetky sa replikujú za približne 42 minút, počnúc jedným začiatkom replikácie a pokračujú okolo chromozómu v oboch smeroch. To znamená, že za sekundu sa pridá približne 1000 nukleotidov. Tento proces je oveľa rýchlejší ako u eukaryotov. Tabuľka 9.2.1 sumarizuje rozdiely medzi prokaryotickými a eukaryotickými replikáciami.

Tabuľka 9.2.1: Rozdiely medzi prokaryotickými a eukaryotickými replikáciami
Nehnuteľnosť Prokaryoty Eukaryoty
Pôvod replikácie Slobodný Viacnásobné
Rýchlosť replikácie 1000 nukleotidov/s 50 až 100 nukleotidov/s
Štruktúra chromozómov kruhový lineárne
telomeráza Nie je prítomný Súčasnosť

Kliknite na návod na replikáciu DNA.

DNA polymeráza môže robiť chyby pri pridávaní nukleotidov. Upravuje DNA korektúrou každej novo pridanej bázy. Nesprávne bázy sa odstránia a nahradia sa správnou bázou a potom polymerizácia pokračuje (obrázok 9.2.6a). Väčšina chýb sa opraví počas replikácie, hoci keď sa tak nestane, použije sa mechanizmus opravy nesúladu. Enzýmy na opravu nesúladu rozpoznajú nesprávne začlenenú bázu a odstránia ju z DNA a nahradia ju správnou bázou (obrázok 9.2.6b). Pri ďalšom type opravy, nukleotidovej excíznej oprave, sa dvojvlákno DNA odvinie a oddelí, nesprávne bázy sa odstránia spolu s niekoľkými bázami na 5' a 3' konci a tieto sa nahradia skopírovaním templátu s pomocou DNA polymerázy (obrázok 9.2.6c). Oprava nukleotidovej excízie je obzvlášť dôležitá pri korekcii dimérov tymínu, ktoré sú primárne spôsobené ultrafialovým svetlom. V tymínovom diméri sú dva tymínové nukleotidy vedľa seba na jednom vlákne vzájomne kovalentne viazané skôr ako ich komplementárne bázy. Ak sa dimér neodstráni a neopraví, povedie to k mutácii. Jedinci s chybami v génoch na opravu nukleotidovej excízie vykazujú extrémnu citlivosť na slnečné svetlo a rozvinie sa u nich rakovina kože v ranom veku.

Obrázok 9.2.6: Korektúra DNA polymerázou (a) opravuje chyby počas replikácie. Pri oprave nesúladu (b) sa nesprávne pridaná báza zistí po replikácii. Proteíny na opravu nesúladu detekujú túto bázu a odstraňujú ju z novo syntetizovaného vlákna pôsobením nukleázy. Medzera je teraz vyplnená správne spárovanou základňou. Nukleotidová excízia (c) opravuje tymínové diméry. Pri vystavení UV žiareniu môžu vedľa seba ležiace tymíny vytvárať tymínové diméry. V normálnych bunkách sú vyrezané a nahradené.

Väčšina chýb je opravená, ak nie sú, môžu viesť k mutácii – definovanej ako trvalá zmena v sekvencii DNA. Mutácie v opravných génoch môžu viesť k vážnym následkom, ako je rakovina.


Mitotická fáza a G0 fáza

Počas viacstupňovej mitotickej fázy sa bunkové jadro rozdelí a bunkové zložky sa rozdelia na dve identické dcérske bunky.

Učebné ciele

Opíšte udalosti, ktoré sa vyskytujú v rôznych štádiách mitózy

Kľúčové informácie

Kľúčové body

  • Počas profázy jadro zmizne, vytvoria sa vretienkové vlákna a DNA kondenzuje do chromozómov (sesterské chromatidy).
  • Počas metafázy sa sesterské chromatidy zarovnajú pozdĺž rovníka bunky pripojením svojich centromér k vláknam vretienka.
  • Počas anafázy sú sesterské chromatidy oddelené na centromére a sú ťahané k opačným pólom bunky mitotickým vretienkom.
  • Počas telofázy sa chromozómy dostanú na opačné póly a rozvinú sa do tenkých reťazcov DNA, vretienkové vlákna zmiznú a jadrová membrána sa znovu objaví.
  • Cytokinéza je skutočné štiepenie bunkovej membrány živočíšnych buniek, ktoré sa oddeľujú, zatiaľ čo rastlinné bunky tvoria bunkovú platňu, ktorá sa stáva novou bunkovou stenou.
  • Bunky vstupujú do G0 (neaktívna) fáza po opustení bunkového cyklu, keď sa aktívne nepripravujú na delenie, niektoré bunky zostávajú v G0 fáza natrvalo.

Kľúčové pojmy

  • karyokinéza: (mitóza) prvá časť mitotickej fázy, v ktorej prebieha delenie bunkového jadra
  • centrozóm: organela v blízkosti jadra v cytoplazme väčšiny organizmov, ktorá riadi organizáciu ich mikrotubulov a dáva vznik mitotickému vretienku
  • cytokinéza: druhá časť mitotickej fázy, v ktorej sa cytoplazma bunky delí po rozdelení jadra

Mitotická fáza

Mitotická fáza je viacstupňový proces, počas ktorého sú duplikované chromozómy zarovnané, oddelené a presúvané do dvoch nových, identických dcérskych buniek. Prvá časť mitotickej fázy sa nazýva karyokinéza alebo jadrové delenie. Druhá časť mitotickej fázy, nazývaná cytokinéza, je fyzikálna separácia cytoplazmatických zložiek do dvoch dcérskych buniek.

Karyokinéza (mitóza)

Karyokinéza, tiež známa ako mitóza, je rozdelená do série fáz (profáza, prometafáza, metafáza, anafáza a telofáza), ktorých výsledkom je rozdelenie bunkového jadra.

Etapy bunkového cyklu: Karyokinéza (alebo mitóza) je rozdelená do piatich štádií: profáza, prometafáza, metafáza, anafáza a telofáza. Snímky v spodnej časti boli nasnímané fluorescenčnou mikroskopiou (teda čierne pozadie) buniek umelo zafarbených fluorescenčnými farbivami: modrá fluorescencia označuje DNA (chromozómy) a zelená fluorescencia označuje mikrotubuly (vretenový aparát).

Počas profázy, “prvej fázy”, sa jadrový obal začne disociovať na malé vezikuly. Membranózne organely (ako je Golgiho aparát a endoplazmatické retikulum) sa fragmentujú a rozptyľujú smerom k okraju bunky. Jadierko zmizne a centrozómy sa začnú presúvať k opačným pólom bunky. Mikrotubuly, ktoré nakoniec vytvoria mitotické vreteno, sa rozprestierajú medzi centrozómami a posúvajú ich ďalej od seba, keď sa vlákna mikrotubulov predlžujú. Sesterské chromatidy sa pomocou kondenzínových proteínov začnú tesnejšie zvíjať a stanú sa viditeľnými pod svetelným mikroskopom.

Počas prometafázy, “fázy prvej zmeny,” mnohé procesy, ktoré začali v profáze, pokračujú ďalej. Zvyšky fragmentu jadrového obalu. Mitotické vreteno sa naďalej vyvíja, keď sa viac mikrotubulov zostavuje a tiahne po celej dĺžke bývalej jadrovej oblasti. Chromozómy sú kondenzovanejšie a diskrétnejšie. Každá sesterská chromatida vyvinie proteínovú štruktúru nazývanú kinetochore v centromerickej oblasti. Proteíny kinetochore priťahujú a viažu mikrotubuly mitotického vretienka.

Kinetochore a mitotické vreteno: Počas prometafázy sa mikrotubuly mitotického vretienka z opačných pólov pripájajú ku každej sesterskej chromatíde na kinetochore. V anafáze sa spojenie medzi sesterskými chromatidami preruší a mikrotubuly ťahajú chromozómy k opačným pólom.

Počas metafázy, fázy “zmeny,” sú všetky chromozómy zarovnané v rovine nazývanej metafázová doska alebo rovníková rovina, uprostred medzi dvoma pólmi bunky. Sesterské chromatidy sú stále navzájom pevne spojené kohezínovými proteínmi. V tomto čase sú chromozómy maximálne kondenzované.

Počas anafázy, fázy smerom nahor, sa kohezínové proteíny degradujú a sesterské chromatidy sa oddelia na centromére. Každá chromatida, teraz nazývaná chromozóm, je rýchlo ťahaná smerom k centrozómu, ku ktorému je pripojený jej mikrotubul. Bunka sa viditeľne predĺži (oválneho tvaru), keď polárne mikrotubuly kĺžu proti sebe na metafázovej platni, kde sa prekrývajú.

Počas telofázy, “fázy na diaľku”, sa chromozómy dostanú k opačným pólom a začnú sa dekondenzovať (rozmotávať), pričom sa uvoľňujú do chromatínovej konfigurácie. Mitotické vretienka sú depolymerizované na tubulínové monoméry, ktoré sa použijú na zostavenie cytoskeletálnych komponentov pre každú dcérsku bunku. Okolo chromozómov sa tvoria jadrové obaly a nukleozómy sa objavujú v jadrovej oblasti.

Cytokinéza

Cytokinéza alebo “bunkový pohyb” je druhým hlavným štádiom mitotickej fázy, počas ktorej je bunkové delenie dokončené fyzikálnou separáciou cytoplazmatických zložiek na dve dcérske bunky. Delenie nie je úplné, kým sa bunkové zložky nerozdelia a úplne nerozdelia na dve dcérske bunky. Hoci sú štádiá mitózy pre väčšinu eukaryotov podobné, proces cytokinézy je úplne odlišný pre eukaryoty, ktoré majú bunkové steny, ako sú rastlinné bunky.

V bunkách, ako sú živočíšne bunky, ktorým chýbajú bunkové steny, nasleduje cytokinéza po nástupe anafázy. Kontraktilný prstenec zložený z aktínových filamentov sa tvorí práve vo vnútri plazmatickej membrány na bývalej metafázovej platni. Aktínové vlákna ťahajú rovník bunky dovnútra a vytvárajú trhlinu. Táto trhlina alebo “prasklina” sa nazýva štiepna brázda. Brázda sa prehlbuje, keď sa aktínový kruh zmršťuje, prípadne sa membrána rozštiepi na dve časti.

Cytokinéza: Počas cytokinézy v živočíšnych bunkách sa na metafázovej platni vytvorí prstenec aktínových filamentov. Prstenec sa stiahne a vytvorí štiepnu brázdu, ktorá rozdelí bunku na dve časti. V rastlinných bunkách sa Golgiho vezikuly spájajú na bývalej metafázovej platni a vytvárajú fragmoplast. Bunková doska vytvorená fúziou vezikúl fragmoplastu rastie zo stredu smerom k bunkovým stenám a membrány vezikúl sa spájajú a vytvárajú plazmatickú membránu, ktorá rozdeľuje bunku na dve časti.

V rastlinných bunkách sa medzi dcérskymi bunkami musí vytvoriť nová bunková stena. Počas interfázy Golgiho aparát akumuluje enzýmy, štrukturálne proteíny a molekuly glukózy predtým, ako sa rozpadne na vezikuly a rozptýli sa v deliacej sa bunke. Počas telofázy sú tieto Golgiho vezikuly transportované na mikrotubuloch, aby vytvorili fragmoplast (vezikulárna štruktúra) na metafázovej platni. Tam sa vezikuly spájajú a spájajú sa od stredu smerom k bunkovým stenám. Táto štruktúra sa nazýva bunková doska. Keď sa viac vezikúl spája, bunková doska sa zväčšuje, až kým sa nezlúči s bunkovými stenami na okraji bunky. Enzýmy využívajú glukózu, ktorá sa nahromadila medzi vrstvami membrány, na vybudovanie novej bunkovej steny. Golgiho membrány sa stávajú súčasťou plazmatickej membrány na oboch stranách novej bunkovej steny.

G0 Fáza

Nie všetky bunky dodržiavajú klasický vzor bunkového cyklu, v ktorom novovytvorená dcérska bunka okamžite vstupuje do prípravných fáz interfázy, tesne nasledovanej mitotickou fázou. Bunky v G0 fázy sa aktívne nepripravujú na rozdelenie. Bunka je v pokojnom (neaktívnom) štádiu, ku ktorému dochádza, keď bunky opúšťajú bunkový cyklus. Some cells enter G0 temporarily until an external signal triggers the onset of G1. Other cells that never or rarely divide, such as mature cardiac muscle and nerve cells, remain in G0 permanently.


0. The S phase stands for synthesis, which means to make or build something more complex out of simpler parts. cell. Why do you think the cell needs to make more DNA at this time in the cell cycle? Scientists know that during the S phase DNA is being made in the nucleus of the 11. Refer to Model 1. The chromosomes that are shaped like "X" (made of two sister chromatids) have double thec amount of DNA than the chromosomes that are shaped like "I." During what phase of the cell cycle do you think the chromosomes are replicated (copied)?

help_outline

Image TranscriptionZavrieť

0. The S phase stands for synthesis, which means to make or build something more complex out of simpler parts. cell. Why do you think the cell needs to make more DNA at this time in the cell cycle? Scientists know that during the S phase DNA is being made in the nucleus of the 11. Refer to Model 1. The chromosomes that are shaped like "X" (made of two sister chromatids) have double thec amount of DNA than the chromosomes that are shaped like "I." During what phase of the cell cycle do you think the chromosomes are replicated (copied)?


Pozri si video: Když onemocní buňky NEZkreslená věda I (Smieť 2022).


Komentáre:

  1. Vallois

    gratulujem, skvelá správa.

  2. Bawdewyne

    Curious question

  3. Bryson

    Everyone is not as easy as it sounds

  4. Udolph

    MOOD IS JUST UNDERSTANDING IN THE DIRECT SENSE OF THE WORD



Napíšte správu