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MYTISHCHINSKY ZWEIG DER MSTU IM. BAUMANN

Teilungsarten des Zellkerns

Studentin Kuprin O.A. LD-12

Dozent prof. Rumjanzew D.E.

Moskau 2016

Einführung

Abschluss

Bibliographisches Verzeichnis

EINFÜHRUNG

Der Begriff?Zelle? wird seit über 300 Jahren in der Wissenschaft verwendet. Es wurde erstmals Mitte des 17. Jahrhunderts verwendet. Präsident der britischen Royal Society Robert Hooke (1635-1712). Mit Hilfe eines Mikroskops untersuchte er eine dünne Korkschicht und stellte fest, dass der Kork aus Zellen-Zellen besteht.

Alle zellulären Lebensformen auf der Erde lassen sich anhand der Struktur ihrer Zellen in zwei Reiche einteilen: Prokaryoten - einfacher aufgebaute Zellen, die keinen Zellkern haben Eukaryoten - Zellen mit einem gebildeten Zellkern sind später entstanden.

Aber nicht nur das Vorhandensein eines morphologisch ausgeprägten Zellkerns ist ein Kennzeichen eukaryotischer Zellen. In Zellen des höchsten Typs (eukaryotisch) gibt es neben dem Kern im Zytoplasma eine ganze Reihe spezieller obligatorischer Strukturen, Organellen, die individuelle spezifische Funktionen erfüllen. Organellen umfassen Membranstrukturen: Das endoplasmatische Retikulumsystem, der Golgi-Apparat, Lysosomen, Mitochondrien, Plastiden (für Pflanzenzellen) und eukaryotische Zellen sind durch das Vorhandensein von Membranstrukturen wie Mikrotubuli, Mikrofilamenten, Zentriolen (für tierische Zellen) usw. gekennzeichnet. Außerdem haben Eukaryoten eine komplexere Zellteilung.

Die Zellteilung wurde erstmals 1824 von den französischen Wissenschaftlern J.-L. Prevost und J.-B. Dumas, der das Zerkleinern von Eiern bei Tieren beobachtete, aber ihre Entdeckung wurde von Zeitgenossen nicht geschätzt. In der zweiten Hälfte der 70er Jahre des 19. Jahrhunderts folgten eine Reihe von Arbeiten von E. Strasburger und seinen Schülern, die die einzelnen Phasen der Zellteilung beschreiben, V. Flemming, der verschiedene Arten der Kernteilung entdeckte, und anderen Forschern, darunter der russische Wissenschaftler I.D. Tschistjakow. Der Begriff „Mitose“ stammt von W. Flemming.

Trotz der Formenvielfalt unterliegt die Organisation der Zellen aller lebenden Organismen einheitlichen Strukturprinzipien.

Amitosis ist eine direkte Kernteilung, eine der Methoden der Kernteilung in Protozoen, in Pflanzen- und Tierzellen. Amitosis wurde erstmals von dem deutschen Biologen R. Remak (1841) beschrieben; der Begriff wurde vom Histologen W. Flemming (1882) vorgeschlagen. Während der Amitose werden im Gegensatz zur Mitose oder indirekten Kernteilung die Kernhülle und die Nukleolen nicht zerstört, die Teilungsspindel wird nicht im Kern gebildet, die Chromosomen bleiben in einem funktionierenden (despiralisierten) Zustand, der Kern wird entweder geschnürt oder es erscheint ein Septum darin, äußerlich unverändert; Teilung des Zellkörpers - Zytotomie findet in der Regel nicht statt; Amitose sorgt normalerweise nicht für eine gleichmäßige Teilung des Kerns und seiner einzelnen Komponenten.

Das Studium der Amitosis wird durch die Unzuverlässigkeit ihrer Definition durch morphologische Merkmale erschwert, da nicht jede Einschnürung des Kerns Amitosis bedeutet; selbst ausgeprägte "Hantel"-Einschnürungen des Kerns können vorübergehend sein; Kernverengungen können auch Folge einer fehlerhaften vorangegangenen Mitose (Pseudoamitose) sein. Normalerweise folgt Amitose auf Endomitose. In den meisten Fällen teilt sich bei Amitosis nur der Zellkern und eine zweikernige Zelle erscheint; bei wiederholten Amitosen können sich mehrkernige Zellen bilden. Sehr viele zwei- und mehrkernige Zellen sind das Ergebnis von Amitosis (eine bestimmte Anzahl von zweikernigen Zellen wird während der mitotischen Kernteilung gebildet, ohne den Zellkörper zu teilen); sie enthalten (insgesamt) polyploide Chromosomensätze.

Amitosis kann in den Geweben einer wachsenden Kartoffelknolle, im Endosperm der Samen, in den Wänden der Stempel, Eierstöcke und im Parenchym von Blattstielen beobachtet werden. Bei Tieren und Menschen ist diese Art der Teilung charakteristisch für die Zellen der Leber, des Knorpels und der Hornhaut des Auges.Bei der Amitose wird häufig nur eine Kernteilung ohne weitere Teilung der Zelle in zwei Tochterzellen beobachtet. Dabei entstehen zweikernige und sogar mehrkernige Zellen. Werden dennoch Tochterzellen gebildet, werden zelluläre Bestandteile wie die DNA zufällig und ungleichmäßig zwischen ihnen verteilt.

Die Mitose ist durch komplexe Transformationen des Zellkerns gekennzeichnet, begleitet von der Bildung spezifischer Strukturen-Chromosomen. Chromosomen sind ständig in der Zelle vorhanden, aber in der Zeit zwischen zwei Teilungen – der Interphase – befinden sie sich in einem entspiralisierten Zustand und sind daher im Lichtmikroskop nicht sichtbar. In der Interphase erfolgt die Vorbereitung auf die Mitose, die hauptsächlich in der Verdopplung (Reduktion) der DNA besteht. Die Gesamtheit der Prozesse, die während der Vorbereitung einer Zelle auf die Teilung sowie während der Mitose selbst ablaufen, wird als mitotischer Zyklus bezeichnet. 1 zeigt, dass die Zelle nach Abschluss der Zellteilung in die Phase der Vorbereitung für die DNA-Synthese eintreten kann, die durch das Symbol G1 gekennzeichnet ist. Zu diesem Zeitpunkt werden RNA und Proteine ​​​​in der Zelle intensiv synthetisiert, und die Aktivität von Enzymen, die an der DNA-Synthese beteiligt sind, nimmt zu. Die Zelle fährt dann fort, DNA zu synthetisieren. Die beiden Helices des alten DNA-Moleküls trennen sich und jede wird zu einer Vorlage für die Synthese neuer DNA-Stränge. Folglich enthält jedes der beiden Tochtermoleküle zwangsläufig eine alte und eine neue Helix. Das neue Molekül ist absolut identisch mit dem alten. Dies ist eine tiefe biologische Bedeutung: Auf diese Weise wird in unzähligen Zellgenerationen die Kontinuität der genetischen Information bewahrt. Die Dauer der DNA-Synthese in verschiedenen Zellen ist nicht gleich und reicht von einigen Minuten in Bakterien bis zu 6-12 Stunden in Säugetierzellen. Nach Abschluss der DNA-Synthese – Phase S des Mitosezyklus – beginnt die Zelle nicht sofort, sich zu teilen. Der Zeitraum vom Ende der DNA-Synthese bis zum Beginn der Mitose wird als G2-Phase bezeichnet. Während dieser Zeit schließt die Zelle ihre Vorbereitung auf die Mitose ab: ATP sammelt sich an, Achromatin-Spindelproteine ​​werden synthetisiert und Zentriolen verdoppeln sich.

Der Prozess der richtigen mitotischen Zellteilung besteht aus vier Phasen: Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase.

Abbildung 1. Phasen der mitotischen Teilung

In der Prophase nimmt das Volumen des Kerns und der Zelle insgesamt zu, die Zelle wird runder, ihre funktionelle Aktivität nimmt ab oder hört auf (z. B. Amöbenbewegung bei Protozoen und bei Leukozyten höherer Tiere). Die Zentriolen divergieren paarweise zu den Polen hin, die Chromosomen spiralisieren sich und verdicken sich dadurch und werden sichtbar. Das Ablesen genetischer Informationen aus DNA-Molekülen wird unmöglich: Die RNA-Synthese stoppt, der Nukleolus verschwindet. Zwischen den Zellpolen werden die Fäden der Teilungsspindel gespannt - es entsteht ein Apparat, der die Divergenz der Chromosomen zu den Zellpolen sicherstellt. Während der Prophase setzt sich die Spiralisierung der Chromosomen fort, die dick und kurz werden. Am Ende der Prophase zerfällt die Kernmembran und die Chromosomen werden zufällig im Zytoplasma verstreut.

In der Metaphase erreicht die Spiralisierung der Chromosomen ihr Maximum, und die verkürzten Chromosomen eilen zum Äquator der Zelle, wobei sie sich in gleichem Abstand von den Polen befinden. Eine äquatoriale oder Metaphasenplatte wird gebildet. In diesem Stadium der Mitose ist die Struktur der Chromosomen deutlich sichtbar, es ist einfach, sie zu zählen und ihre individuellen Eigenschaften zu untersuchen.

Jedes Chromosom hat eine Region der primären Verengung - das Zentromer, an dem der Spindelfaden und die Arme während der Mitose befestigt sind. In der Metaphase besteht das Chromosom aus zwei Chromatiden, die nur in der Zentromerregion miteinander verbunden sind.

Alle somatischen Zellen eines Organismus enthalten eine genau definierte Anzahl von Chromosomen. Bei allen Organismen derselben Art ist die Anzahl der Chromosomen in den Zellen gleich: bei Stubenfliegen - 12, bei Drosophila - 8, bei Mais - 20, bei Gartenerdbeeren - 56, bei Flusskrebs - 116, beim Menschen - 46, bei Schimpansen, Küchenschaben und Paprika - 48. Wie zu sehen ist, hängt die Anzahl der Chromosomen nicht von der Höhe der Organisation ab und zeigt nicht immer eine phylogenetische Verwandtschaft an. Die Anzahl der Chromosomen dient also nicht als artspezifisches Merkmal. Aber die Merkmale des Chromosomensatzes (Karyotyp) – Form, Größe und Anzahl der Chromosomen – sind nur für eine Pflanzen- oder Tierart charakteristisch. Die Anzahl der Chromosomen in somatischen Zellen ist immer paarweise. Dies liegt daran, dass in diesen Zellen zwei Chromosomen gleicher Form und Größe vorhanden sind: Das eine stammt vom väterlichen, das andere vom mütterlichen Organismus. Chromosomen, die die gleiche Form und Größe haben und die gleichen Gene tragen, werden als homolog bezeichnet. Der Chromosomensatz einer somatischen Zelle, in dem jedes Chromosom ein Paar hat, wird als doppelter oder diploider Satz bezeichnet und mit 2n bezeichnet. Die DNA-Menge, die dem diploiden Chromosomensatz entspricht, wird mit 2c bezeichnet. Nur eines von jedem homologen Chromosomenpaar dringt in die Keimzellen ein, daher wird der Chromosomensatz der Gameten als einfach oder haploid bezeichnet.

Die Untersuchung der Details der Struktur der Chromosomen der Metaphasenplatte ist von großer Bedeutung für die Diagnose menschlicher Krankheiten, die durch Verletzungen der Chromosomenstruktur verursacht werden.

In der Anaphase trennen sich die Zentromere und von diesem Moment an werden die Chromatiden zu unabhängigen Chromosomen. Die an den Zentromeren befestigten Spindelfasern ziehen die Chromosomen zu den Polen der Zelle, während die Arme der Chromosomen dem Zentromer passiv folgen. In der Anaphase divergieren also die Chromatiden der noch in der Interphase befindlichen verdoppelten Chromosomen exakt zu den Zellpolen hin. In diesem Moment gibt es zwei diploide Chromosomensätze (4n4c) in der Zelle.

In der Endphase – der Telophase – wickeln sich die Chromosomen ab, despiralisieren. Die Kernhülle wird aus den Membranstrukturen des Zytoplasmas gebildet. Bei Tieren wird die Zelle durch Bildung einer Engstelle in zwei kleinere geteilt. Bei Pflanzen 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.

Die sexuelle Fortpflanzung von Organismen erfolgt mit Hilfe spezialisierter Zellen, der sogenannten. Gameten, - Eier (Eier) und Spermien (Spermatozoen). Verschmelzende Gameten bilden eine Zelle - eine Zygote. Jede Gamete ist haploid, d.h. hat einen Chromosomensatz. Innerhalb des Satzes sind alle Chromosomen unterschiedlich, aber jedes Chromosom der Eizelle entspricht einem der Chromosomen der Spermien. Die Zygote enthält also bereits ein Paar solcher einander entsprechender Chromosomen, die als homolog bezeichnet werden. Homologe Chromosomen sind ähnlich, weil sie dieselben Gene oder ihre Varianten (Allele) haben, die bestimmte Merkmale bestimmen. Beispielsweise kann eines der gepaarten Chromosomen ein Gen haben, das für Blutgruppe A kodiert, und das andere eine Variante davon, die für Blutgruppe B kodiert väterlicherseits.

Durch mehrfache Mitoseteilungen entsteht aus der gebildeten Zygote entweder ein vielzelliger Organismus oder zahlreiche frei lebende Zellen, wie dies bei sich geschlechtlich vermehrenden Protozoen und bei einzelligen Algen der Fall ist.

Bei der Bildung von Gameten sollte der diploide Chromosomensatz, den die Zygote hatte, um die Hälfte reduziert (reduziert) werden. Geschieht dies nicht, so würde die Verschmelzung der Gameten in jeder Generation zu einer Verdoppelung des Chromosomensatzes führen. Die Reduktion auf die haploide Chromosomenzahl erfolgt durch Reduktionsteilung - die sogenannte. Meiose, eine Variante der Mitose.

Spaltung und Rekombination. Ein Merkmal der Meiose ist, dass während der Zellteilung die Äquatorplatte aus Paaren homologer Chromosomen und nicht aus doppelten einzelnen Chromosomen wie bei der Mitose gebildet wird. Gepaarte Chromosomen, die jeweils einzeln geblieben sind, divergieren zu entgegengesetzten Polen der Zelle, die Zelle teilt sich und als Ergebnis erhalten die Tochterzellen einen halben Chromosomensatz im Vergleich zur Zygote.Tatsächlich ist die Meiose ein viel komplexerer Prozess , da es zwei aufeinanderfolgende Abteilungen enthält . Die Hauptsache bei der Meiose ist, dass die Chromosomen nur einmal dupliziert werden, während sich die Zelle zweimal teilt, was zu einer Verringerung der Chromosomenzahl führt und der diploide Satz haploid wird.

Während der Prophase der ersten Teilung konjugieren homologe Chromosomen, das heißt, sie kommen paarweise zusammen. Als Ergebnis dieses sehr präzisen Prozesses ist jedes Gen auf dem anderen Chromosom seinem Homolog gegenüber. Beide Chromosomen verdoppeln sich dann, aber die Chromatiden bleiben durch ein gemeinsames Zentromer miteinander verbunden.

Abbildung 2. Phasen der meiotischen Teilung

Mitose Meiose Zellteilung

In der Metaphase reihen sich die vier verbundenen Chromatiden aneinander, um die Äquatorialplatte zu bilden, als ob sie ein dupliziertes Chromosom wären. Anders als bei der Mitose teilen sich Zentromere nicht. Als Ergebnis erhält jede Tochterzelle ein Paar Chromatiden, die immer noch durch das Cetromere verbunden sind. Während der zweiten Teilung reihen sich die bereits individuellen Chromosomen erneut aneinander und bilden wie bei der Mitose eine Äquatorialplatte, aber ihre Verdopplung findet während dieser Teilung nicht statt. Die Zentromere teilen sich dann und jede Tochterzelle erhält ein Chromatid.

Teilung des Zytoplasmas. Als Ergebnis zweier meiotischer Teilungen einer diploiden Zelle werden vier Zellen gebildet. Bei der Bildung männlicher Keimzellen entstehen vier etwa gleich große Spermien. Bei der Eibildung erfolgt die Teilung des Zytoplasmas sehr ungleichmäßig: Eine Zelle bleibt groß, während die anderen drei so klein sind, dass sie fast vollständig vom Zellkern eingenommen werden. Diese kleinen Zellen, die sog. Polkörper, dienen nur dazu, den durch Meiose entstandenen Überschuss an Chromosomen aufzunehmen. Der Hauptteil des für die Zygote notwendigen Zytoplasmas verbleibt in einer Zelle - dem Ei. Konjugation und Crossover.

Dieser Austausch von Abschnitten homologer Chromosomen wird Crossing Over (Crossover) genannt. Wie oben gezeigt, führt das Crossing-over zur Entstehung neuer Kombinationen von Allelen verknüpfter Gene. Wenn also die ursprünglichen Chromosomen Kombinationen aus AB und ab aufwiesen, enthalten sie nach dem Crossover Ab und aB. Dieser Mechanismus zur Entstehung neuer Genkombinationen ergänzt den Effekt der unabhängigen Chromosomensortierung, die während der Meiose auftritt. Der Unterschied besteht darin, dass beim Überkreuzen Gene auf demselben Chromosom getrennt werden, während beim unabhängigen Sortieren nur Gene auf verschiedenen Chromosomen getrennt werden.

ABSCHLUSS

In unserem Körper finden jede Sekunde Millionen von Mitosen statt! Und Hunderte Millionen lebloser, aber sehr disziplinierter kleiner Ballerinas führen den ältesten Tanz der Welt auf. Tanz des Lebens. Bei solchen Tänzen füllen die Körperzellen ihre Reihen auf. Und wir wachsen und existieren.

Alle Phänomene der Vererbung und des Lebens beruhen auf der koordinierten Divergenz von Chromosomen zu verschiedenen Polen der Zelle. Schließlich ist jedes Chromosom eine komplexe Kombination aus riesigen Nukleinsäuren und Proteinen. Und Nukleinsäuren tragen sehr viele erbliche Einheiten - Gene, also die Essenz von allem, was auf der Erde existiert.

VERWEISE

1. Baladin S.A. , Abramova L.I. , Beresina N.A. . Allgemeines Buch mit den Grundlagen der Geobotanik Lehrbuch für Hochschulen. - M.: "Akademkniga" 2006-293s.

2. Wilson E. B. Cell und seine Rolle bei der Entwicklung und Vererbung. -M.: 1936-40er Jahre.

3. Grün, W. Stout, D. Taylor. Biologie Band eins.-M.: "Mir" 1990-368s.

4. Dymshits G.M., Shumny V.K. Biologie, Klasse 10 - 11. Allgemeine Biologie, Teil 1, M.: "Business Bust", 2012 - 10 s

5. N. D. Lisov [et al.]; ed. N. D. Lisova. - 3. Aufl., überarbeitet. - Minsk: "Narodnaya Asveta", 2014. - 270 p.

6. Chentsov Yu S. Einführung in die Zellbiologie: Lehrbuch für Universitäten. 4. Aufl. überarbeitet und zusätzlich / Yu. S. Chentsov. - M.: ICC "Akademkniga", 2004. - 495p.

7. Chentsov Yu.S. Einführung in die Zellbiologie. - M.: ICC "Akademkniga", 2000-15 p.

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Zelllebenszyklus

Als Zellzyklus bezeichnet man den gesamten Lebenszeitraum - vom Entstehen bis zur Teilung oder zum Tod einer Zelle.

Die neu entstandene Zelle wächst zunächst, differenziert sich, erfüllt ihre spezifischen Funktionen - dies ist die Zeit - Ruhezeit.

Die Zellbildung ist nur durch Teilung möglich, daher ist ein wichtiger Teil des FCC der mitotische Zyklus, der die Vorbereitung auf die Teilung (Interphase) und die Teilung selbst umfasst.

Interphase umfasst 3 Perioden -

· vorsynthetisch - G1- Die Zelle wächst, die Protein- und RNA-Synthese wird durchgeführt, es werden energiereiche Substanzen angesammelt. - Die Dauer ist unterschiedlich - etwa 10 Stunden im Durchschnitt.

· synthetisch - G2- Verdopplung des Erbgutes ist notwendig, damit die neu gebildeten Zellen das gleiche Genom wie ihre Vorgänger haben.. Protein- und RNA-Synthese geht weiter - ca. 9 Stunden.

· postsynthetisch - G2- die Zelle bereitet sich auf die Teilung vor, indem sie Energie und Proteine ​​ansammelt, die Anzahl der Mitochondrien steigt, das Zentrosom teilt sich - Phase = 4 Stunden

die dauer des zellzyklus ist abhängig vom zelltyp und von äußeren faktoren wie temperatur, sauerstoff, nährstoffe. Bakterienzellen können sich alle 20 Minuten teilen, Darmepithelzellen alle 8-10 Stunden, und viele Zellen des Nervensystems teilen sich nie.

3 Teilungsarten:

· Amitose- direkte Teilung, geteilt durch direkte Einschnürung, Erbgut ist ungleich verteilt. Vielleicht die Bildung zweikerniger Zellen. Amitosis ist ein seltenes Phänomen, das für absterbende oder veränderte Zellen charakteristisch ist - zum Beispiel Tumorzellen.

· Mitose- indirekte Teilung somatischer Zellen - als Ergebnis der Teilung werden 2 ihrer exakten Kopien gebildet. in sich schnell teilenden Zellen, zum Beispiel embryonalen, fällt der Lebenszyklus praktisch mit dem mitotischen Zyklus zusammen. Dies ist ein universeller Weg, um die Anzahl zu erhöhen oder tote eukaryotische Zellen zu ersetzen.

· Meiose- Reduktionsteilung der Geschlechtszellen. Es führt zu einer Abnahme des Erbmaterialgehalts in neu gebildeten Zellen, während in der Mutterzelle eine einmalige Chromosomenverdopplung stattfindet (DNA-Replikation, wie bei der Mitose), gefolgt von 2 Zyklen von Zell- und Kernteilungen. Das. die Konstanz des Satzes genetischer Strukturen in den Nachkommen bleibt erhalten, wenn die Keimzellen der Eltern verschmelzen

Grundlagen der Zytogenetik. Struktur und Arten von Metaphasenchromosomen.

Ein Chromosom ist ein Strukturelement des Zellkerns von desoxyribonucleischer Natur.

Menschliche Chromosomen wurden zuerst beobachtet Arnold (1879) und Fleming (1882) während der Mitose. Dann untersuchten viele Wissenschaftler diese Strukturen des Zellkerns. Allerdings erst 1955. Trio und Levan fanden heraus, dass die meisten menschlichen Zellen 46 Chromosomen haben. Öffnung ein 1959 pathologische Veränderungen im Chromosomensatz mit der Down-Krankheit führte zur Entstehung eines neuen Abschnitts der Humangenetik - der Lehre von den Chromosomenerkrankungen.

Chromosomen- (gefärbte Körperchen) werden zu Beginn der Zellteilung aus dem Chromatin des Interphasekerns gebildet. X sind die Hauptträger von Erbinformationen, die in den meisten lebenden Organismen von Generation zu Generation weitergegeben werden.

Chromatin besteht aus DNA-Molekülen mit Proteinen verbunden. Diese Filamente können nur mit einem Elektronenmikroskop gesehen werden. Sie bestehen aus hintereinander angeordneten Mikropartikeln - Nukleosomen, Ø10nm.

Nukleosom hat ein Proteinrückgrat, um das das DNA-Molekül gedreht ist.

Während der Teilung winden, verdrehen und verdicken sich die Chromatinfilamente stark und bilden Chromosomen, die unter einem Lichtmikroskop sichtbar sind. Es hat ein Proteinrückgrat, um das sich das DNA-Molekül windet.

Aus diesem Grund wurden die grundlegenden Informationen über die Struktur der Chromosomen während der Mitose erhalten.

Seit dem Moment der Teilung werden die Chromosomen verdoppelt, dann sind sie im Lichtmikroskop sichtbar und bestehen aus 2 Fäden - Chromatiden. Sie sind im Bereich der primären Einschnürung miteinander verbunden - Zentromer - es teilt das Chromosom quer und in 2 Teile - Schultern (die kurz und lang sind)

Je nach Lage des Zentromers werden 3 Arten von Chromosomen unterschieden:

· Metazentrisch- Zentromer in der Mitte, Schultern sind gleich.

· Submetazentrisch- Das Zentromer ist an ein Ende der Chromosomen verschoben, Arme 1<2.

· Akrozentrisch- Optisch sind im Chromosom nur lange Arme zu erkennen.

Einige Chromosomen können zusätzliche Einschnürungen haben - sekundär - Satellit- wenn die Einschnürung nahe am Ende des Chromosoms liegt. Beim Menschen hat der Satellit 5 Chromosomenpaare - 13-15. und 21-22 Paare.

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Reis. Der Entwicklungszyklus der schottischen Kiefer: a - ein Zweig mit Zapfen; b - weiblicher Kegel im Schnitt; c - Samenschuppen mit Samenanlagen; d - Eizelle im Schnitt; e - männlicher Kegel im Kontext; e - Pollen; g - Samenschuppen mit Samen; 1 - männlicher Kegel; 2 - junger weiblicher Kegel; 3 - Kegel mit Samen; 4 - der Kegel nach dem Ausschlag der Samen; 5 - Polleneingang; 6 - Abdeckung; 7 - Pollenschlauch mit Sperma; 8 - Archegonium mit einem Ei; 9 - Endosperm.

Merkmale der Kohlfamilie (Kreuzblütler). Geben Sie die häufigsten Gemüse-, Unkraut- und Wildpflanzen dieser Familie an (mindestens 15 Arten)

Familie der Kreuzblütler (Brassicaceae oder Cruciferae)

Brassicas stehen Kapern so nahe, dass es nicht immer einfach ist, eine Grenze zwischen ihnen zu ziehen. Einige Gattungen, wie die Gattung Dipterygium, werden von einigen Botanikern in die Familie der Kapern und von anderen in die Familie der Kreuzblütler aufgenommen. Es gibt bis zu 380 Gattungen in der Familie und. etwa 3200 Arten. Sie sind weltweit sehr ungleich verteilt. Hauptsächlich konzentriert in der gemäßigten Zone der nördlichen Hemisphäre, hauptsächlich in der Alten Welt. In den Tropen sind sie als einzelne Gattungen auf Berggebiete beschränkt, dort kommen sie auch als Einschleppung und als Unkraut vor. Eine kleine Anzahl von Kreuzblütlern, die in der südlichen Hemisphäre wachsen, hat eine enge lokale Begrenzung.

Brassicas passen sich erfolgreich an eine Vielzahl von Lebensräumen an. Einige von ihnen sind auf die extremen Bedingungen des Hochlandes beschränkt und erreichen die Grenzen der Vegetation (4500-5700 m über dem Meeresspiegel), wo sie zusammen mit Flechten Pioniere der Vegetationsdecke sind; andere wachsen entlang der Meeresküsten; einige bewegen sich in ihrer Verbreitung weit nach Norden und sind charakteristisch für die arktischen Regionen; andere sind Bewohner von Wüsten, Halbwüsten und Steppen. Brassicaceae sind auch in Wäldern, in der Steppenvegetation, an feuchten Orten und sogar im Wasser weit verbreitet, aber Pflanzen aus ariden und trockenen Lebensräumen überwiegen definitiv unter ihnen. Trotz dieser hohen Plastizität bei der Anpassung an Umweltbedingungen gibt es jedoch eine relativ kleine Vielfalt an Lebensformen. Die meisten Kreuzblütler sind ein- oder mehrjährige Kräuter, es gibt auch Halbsträucher, bei denen der untere Teil des Stängels verholzt ist. Sträucher sind durch einzelne, überwiegend afrikanische und makaronesische Arten vertreten, wie z. B. Strauchkatran (Crambe fruticosa) auf der Insel Madeira, der eine Höhe von 2 m erreicht, Arten der Gattung Sinapidendron (Sinapidendron, Macaronesia), Heliophila grau (Heliophila glauca - Kapregion) oder Foleyola Billot (Foleyola billotii - Sahara) mit einer Höhe von bis zu 1,5-2 m. Arten wie Kletterheliophila (H. scandens) und Arten der südamerikanischen Gattung Cremolobus (Cremolobus) nähern sich gewöhnlich Lianen. Viele der alpinen Arten sind kissenförmig, um die Wärme zu speichern. Kreuzblütler sind wechselständig, wobei die unteren oft eine basale Rosette bilden. Einige Arten zeigen Heterophyllie. Beispielsweise sind bei der Blattwanze (Lepidium perfoliatum) die Rosettenblätter in schmale lineare Lappen zerlegt, während die Stängelblätter ganz, abgerundet und stielumschließend sind. Unter den Kreuzblütlern findet man Pflanzen sowohl völlig nackt als auch behaart mit einfachen oder gegabelten oder sternförmig verzweigten Haaren. Vielstrahlige Sternhaare ähneln oft Schuppen. An der Pubertät sind auch Drüsenhaare und die sogenannten Malpighian-Haare beteiligt - niederliegend, zweigeteilt, in der Mitte angesetzt. Die Kreuzblütler zeichnen sich durch apikal traubige oder traubige, meist (oder mit seltenen Ausnahmen) blattlose Blütenstände aus, die manchmal sehr kurz, fast kopfig oder umgekehrt länglich, ährenförmig sind. Der amerikanische Caulanthus inflatus (Caulanthus inflatus) hat ein ungewöhnliches Aussehen, bei dem die Blütenstandsachse stark spindelförmig verdickt ist und die darauf sitzenden Blüten und dann die Früchte den Eindruck von Blumengewächsen erwecken. Die Blüten sind meist frei von Hoch- und Hochblättern, nicht groß, oft sehr klein, unscheinbar, aber viele auch schön gefärbt, was der Pflanze eine tolle dekorative Wirkung verleiht.

In ihrer Struktur sind sie äußerst einheitlich. Die in zwei Kreisen (jeweils 2) angeordneten Kelchblätter können an der Basis sackförmig sein, und in solchen Fällen fließt Nektar in diese Gefäße. Es gibt auch 4 Blütenblätter, frei, über Kreuz angeordnet (daher der Name Kreuzblütler). Die Farbe der Blütenblätter wird von Gelb und Weiß dominiert, aber auch Pflanzen mit violetten, rosa bis violetten Blüten sind keine Seltenheit. Die Blütenblätter sind im Allgemeinen im oberen Teil breiter. In den meisten Fällen sind sie ganz oder gekerbt, aber unter den Kreuzblütlern gibt es auch Arten mit gelappten (die nordamerikanische Gattung Varea - Warea), fiederteiligen und sogar bewimperten (z. B. beim mexikanischen Ornithocarp - Ornithocarpa) Blütenblättern. Staubblätter normalerweise 6, in 2 Kreisen angeordnet. Davon sind 2 seitliche (äußerer Kreis) kurz, 4 mittlere sind länger. Manchmal wachsen die mittleren in zwei ihrer Fäden zusammen. In seltenen Fällen sind alle Staubblätter gleich lang oder 3 unterschiedlich lang. Ihre Zahl kann manchmal auf 4 und sogar auf 2 reduziert werden oder erreicht wie der Schreitläufer (Macropodium) 10. Bei einigen Arten sind die Staubblätter mit Fortsätzen ausgestattet oder ihre Staubfäden wachsen in Form von Zähnen und Flügeln. Gynoeceum aus 2 Fruchtblättern. Entlang der Naht der Verschmelzung der Fruchtblätter bildet sich ein falsches Septum, das den Eierstock in zwei Nester teilt.

Normalerweise ist der Fruchtknoten sitzend, aber bei einigen Arten sitzt er auf einem ziemlich langen Gynophor (ähnlich wie Kapern). Die Strukturmerkmale der Samenanlagen spielen eine wichtige Rolle in der Taxonomie der Kreuzblütler. Die Keimblätter sind normalerweise flach, können aber auch längs gefaltet sein, wie ein Kohl, seltener quer gefaltet, wie eine Heliophila (Heliophila), oder spiralförmig gedreht sein (Sverbig - Bunias). Je nach Lage der Wurzel des Embryos in Bezug auf die Keimblätter sind sie marginal und dorsal.

Wenn die Struktur aller anderen Organe der Kreuzblütler ziemlich einheitlich ist, kann dies nicht über ihre Früchte gesagt werden, deren Strukturmerkmale in der Taxonomie der Familie am häufigsten verwendet werden (Abb. 31). Längliche Früchte, deren Länge die Breite deutlich übersteigt, werden Schoten genannt, während die kurzen Schoten genannt werden. Beide können zwei herunterklappbare Türen oder nicht offen sein. Beim Öffnen von Früchten verbleibt nach dem Abfallen der Klappen ein Rahmen an den Stielen (wie bei einigen Kapern), der durch ein falsches Septum eingeengt wird. Sehr beliebt sind zum Beispiel Lunaria-Arten, deren Rahmen aus großen ovalen Schoten sehr dekorativ sind. Bei nicht zu öffnenden Schoten werden die Ventile oft stark verdichtet und die Schoten werden nussförmig. Von besonderem Interesse sind zweigliedrige Früchte, bestehend aus einem oberen, sich immer nicht öffnenden Segment und einem unteren, sich öffnenden oder nicht öffnenden Segment. In einigen Fällen ist das obere Segment kernlos, in anderen das untere, in den meisten Fällen enthalten beide Segmente Samen. Unter den zweigliedrigen Früchten werden auch Schoten oder Hülsen unterschieden. Kreuzblütler unterscheiden sich auch stark in Größe, Form der Ventile und verschiedenen Auswüchsen an ihnen.

Brassicas sind sowohl an die Fremdbestäubung als auch an die Selbstbestäubung angepasst. Die Hauptbestäuber sind Fliegen, Bienen, Hummeln; Einige Arten wie Levkoy (Matthiola) oder Abend (Hesperis) werden nachts von Schmetterlingen bestäubt. Bienen werden vom Geruch von Honigarten sowie von den farbenprächtigsten Blumen angezogen. Die Arten, bei denen die Blüten klein und unauffällig sind, werden hauptsächlich von Fliegen besucht. Das Anlocken von Insekten wird auch durch Farbkontraste erreicht, die manchmal im Prozess der Blüte und Fruchtbildung entstehen. So fallen bei einigen Arten mit unscheinbaren kleinen Blüten, zum Beispiel Steinfliegen (Erophila), die kleinen weißen Blütenblätter der unteren Blüten des Blütenstandes, die beginnen, Früchte zu tragen, nicht ab, sondern verdoppeln ihre Größe und schmiegen sich an unreife Früchte, die haben ein violetter Farbton. Dadurch entsteht sozusagen ein Heiligenschein um die Blumen, die zu blühen beginnen. In einem anderen Fall, zum Beispiel auf dem Feld Yarutka (Thlaspi arvense), bei dem die Blüten ebenfalls klein und weiß sind, werden bei verblassenden Blüten die Kelchblätter gelb. Bei iberischen Arten (Iberis) wird die Auffälligkeit durch viel größere äußere Blütenblätter der Randblüten des Blütenstands bereitgestellt, wie bei vielen Schirmblumen. Bei einigen Arten von Walker (Sisymbrium), Rote Beete (Alyssum), Zahnbürste (Dentaria) wird dieser Effekt dadurch erreicht, dass Blütenblätter mit bereits gesetzten Früchten nicht abfallen, sondern an Größe zunehmen und dadurch Insekten anziehen der Rest der blühenden Blumen.

Die Fremdbestäubung bei Kreuzblütlern wird durch ihre inhärente Dichogamie sichergestellt. Die meisten von ihnen sind durch Protogynie gekennzeichnet, Protandrie ist äußerst selten. In Fällen, in denen eine Fremdbestäubung aus irgendeinem Grund nicht stattfinden kann (starke Regenfälle, extreme Hitze, Mangel an Bestäubern), bestäuben Kreuzblütler aufgrund der Fähigkeit zur Selbstbestäubung (Autogamie). Der Mechanismus der kombinierten Bestäubung lässt sich beispielsweise bei Ackersenf (Sinapis arvensis) oder Wiesenkernholz (Cardamine pratense) beobachten. Zu Beginn der Blüte drehen sich die Staubbeutel langer Staubblätter nach außen, wodurch ihr Pollen nicht auf die Narbe seiner Blüte fällt, sondern an den Seiten von bestäubenden Insekten haften bleiben kann, die tief in die Blüte bis zur Basis eindringen die Staubblätter für Nektar. Wenn die Narbe jedoch nicht von fremden Pollen bestäubt wurde, wird sie am Ende der Blüte von kurzen Staubblättern bestäubt, die in dieser Zeit mit ihr die gleiche Höhe erreichen. Bei schlechtem Wetter, wenn es keine Insekten gibt, wenden sich die Staubbeutel langer Staubblätter nicht ab und bestäuben die Narbe ihrer Blüte.

Unter den Kreuzblütlern gibt es auch solche Pflanzen, bei denen zu Beginn der Blüte die Staubblätter ganz nach außen abbiegen und dann aufsteigen, die Staubbeutel näher an die Narbe bringen und diese bestäuben. Bei Brunnenkresse (Lepidium sativum), Blattstielknoblauch (Alliaria petiolata), Alpenbraya (Braya alpina) sind zu Beginn der Blüte alle Staubblätter kürzer als die Narbe, dann verlängern sich 4 von ihnen und kommen mit den Staubbeuteln der Narbe in Kontakt. Allerdings entleert nur ein Staubblatt Pollen auf seine Narbe, die restlichen Staubbeutel öffnen sich später und bewahren den Pollen für die Fremdbestäubung auf.

Es können auch Beispiele angeführt werden, bei denen bei einigen Arten derselben Gattung die Selbstbestäubung und bei anderen die Fremdbestäubung vorherrscht. Alpine Yarutka (Thlaspi alpina) ist also immer zur Selbstbestäubung fähig, da sich die Staubblätter am Ende der Blüte über die Narbe beugen. Berg-Yarutka (T. montana) hingegen wird überwiegend fremdbestäubt, da bei den meisten Pflanzen die Staubblätter kürzer sind als die Narbe. Außergewöhnlich fremdbefruchtende Pflanzen findet man bei der Constanta rezuha (Arabis constancii): Ihre Narben werden von der Knospe freigelegt, noch bevor die Blüte blüht, und später, wenn die Staubblätter ihre Höhe erreichen, wendet sie sich von ihnen ab, so dass sie nicht sein kann von ihrem Pollen bestäubt. Bei solchen Pflanzen ist die Möglichkeit der Selbstbestäubung auch durch die biochemische Unverträglichkeit von Pollen und Narbenoberfläche ausgeschlossen - der eigene Pollen keimt nicht.

Unter den Kreuzblütlern gibt es auch rein selbstbestäubende Pflanzen. Dazu gehören Arten der australischen Gattung Stenopetalum, die nie von Insekten besucht werden und manchmal sogar kleistogame Blüten bilden. Dies kann als Anpassung an die rauen Bedingungen West- und Südaustraliens angesehen werden, die eine Bestäubung nicht immer begünstigen. Bei einer anderen australischen Pflanze, dem winzigen Geococcus (Geococcus pusillus), sind alle Blüten cleistogam. Dank langer, nach unten gerichteter Stiele graben sie sich in den Boden ein und tragen dort Früchte (Geokarp). Teilweise Kleistogamie ist charakteristisch für das Brasilianische Prachtherz (Cardamine chenopodiifolium), bei dem neben den normalen Blüten des apikalen Blütenstandes kleistogame Blüten an der Basis des Stiels gebildet werden, die sich auch in den Boden graben. In seltenen Fällen manifestiert sich bei übermäßiger Feuchtigkeit, Überschwemmung, Kleistogamie bei einigen Arten von Bettwanzen (Lepidium), Wasserschlinik (Subularia aquatica) mit erhöhter Trockenheit - Ackersenf.

Als völliges Ausnahmephänomen für Kreuzblütler kann die Anemophilie angesehen werden, die normalerweise beim apetalen Kerguelen-Kohl oder Pringle (Pringlea antiscorbutica) beobachtet wird. Die erfolgreiche Windbestäubung dieser subantarktischen Inselart wird durch lange Staubblätter, die aus der Blüte herausragen, lange fadenförmige Papillen auf der Narbe und einen dichten, ährenförmigen Blütenstand erleichtert.

Kreuzblütler sind ganz anders an die Verbreitung von Früchten und Samen angepasst. Viele von ihnen sind Anemochoren. Dies sind hauptsächlich Arten mit geflügelten oder bläschenartig geschwollenen Früchten, viele Arten mit kleinen, leichten Samen, die leicht vom Wind getragen werden, oder mit Samen, die mit einem Flügel beschnitten sind. Manchmal fallen die oberen Segmente von zweigliedrigen Früchten zusammen mit einer der Klappen des unteren Segments oder mit einem Teil des Septums ab, was auch den Luftwiderstand erhöht.

Unter den Kreuzblütlern gibt es auch eine Reihe von Arten, die hakenförmige Auswüchse an den Früchten aufweisen. Aus diesem Grund haften sie an den Haaren von Tieren und werden von ihnen getragen. Von den Zoochore-Arten ist die Myrmecochore-Bläschenwanze (Lepidium vesicarium) sehr merkwürdig, deren Pflanzen oft konzentrisch um Ameisenhaufen angeordnet sind, die in der Ararat-Ebene in Armenien zu sehen sind.

In einigen Fällen werden die Samen aufgrund der "Anstrengungen" der Pflanze selbst verstreut. So öffnen sich im Kern der Impatiens (Cardamine impatiens) und im Kern der Rauhblume (C. hirsuta) die Klappen der Schoten mit einer solchen Kraft, dass die Samen eine beträchtliche Strecke davonfliegen. Ganz ungewöhnlich ist ein anderer Kerntyp, bei dem sich neben Schoten in den Achseln der Blätter braune Zwiebeln bilden, die beim Abfallen keimen. Die sogenannte Hieriochona-Rose oder Anastatica (Anastatica hierochimtica) ist weithin als Tumbleweed bekannt. Diese kleine einjährige Pflanze, die in den Wüstenregionen Westasiens und Nordafrikas beheimatet ist, reift ihre Früchte rechtzeitig zur Trockenzeit. Zu diesem Zeitpunkt sind seine zahlreichen Zweige fest zusammengedrückt und abgerundete flache Schoten verbleiben im Inneren des Klumpens. Der getrocknete Stamm, der eine Kugelform angenommen hat, wird oft vom Wind von der Wurzel abgerissen und rollt um. Bei einsetzendem Regen richten sich die benetzten Äste wieder auf, was an eine blühende Rose erinnert. Dann öffnen sich die Schoten bei reichlich Feuchtigkeit (Hygrochasia) und verstreuen die Samen. Hygrochasia ist im Allgemeinen den meisten Kreuzblütlern mit schwer zu öffnenden Früchten eigen. Die Samen von sich nicht öffnenden Früchten, die durch eine dichte Hülle vor widrigen Bedingungen geschützt sind, keimen erst, nachdem sie verrottet sind. Für viele Arten, die an trockene Bedingungen angepasst sind, ist Schleimbildung der Samenschale (Myxospermie) charakteristisch. Am Schleim haften kleinste Erdpartikel, die die Samen fixieren und vor dem Abdriften in ungewohnte Umweltbedingungen schützen.

Eines der Merkmale vieler Kreuzblütler, das ihre Anpassungsfähigkeit deutlich erhöht, ist die Heterokarpie in ihren unterschiedlichsten Erscheinungsformen. In einigen Fällen unterscheiden sich die Teile des Fötus (Heteroarthrokarpie), wie dies bei vielen Arten mit zweigliedrigen Früchten beobachtet wird, in anderen Fällen sind die Früchte vollständig. Heterocarp bietet kombinierte Verteilungsmethoden sowie eine zuverlässigere Konservierung von Samen und die Möglichkeit ihrer Keimung unter wechselnden Bedingungen. Eines der Beispiele für kombinierte Anthropo-, Hydro- und Anemochorie kann die Verbreitung von zweigliedrigen Früchten des an Meeresküsten lebenden Meersenfs (Cakile maritima) sein, deren beide Fruchtteile jeweils einen Samen enthalten. Die oberen Segmente halten dank eines hochentwickelten Schwammgewebes, das außen mit einer dicken Lederschicht bedeckt ist, gut auf dem Wasser und werden von Meeresströmungen getragen. Die unteren Segmente verbleiben an den Stängeln, die nach dem Austrocknen von der Wurzel abbrechen und vom Wind umgerollt werden. Da Meersenf oft in der Nähe von Häfen wächst, landen die Spitzen seiner Früchte oft zusammen mit der Fracht auf Schiffen und werden über weite Strecken transportiert. Auf diese Weise ist der „Einheimische“ des Mittelmeersenfs heute weit außerhalb der Alten Welt verbreitet und erfolgreich in Amerika und Australien eingebürgert, wo er zusammen mit den ersten Kolonisten eindrang.

Dies wurde zweifellos durch seine hohe Vitalität erleichtert, wie eines der merkwürdigen Experimente der Natur beweist. Im November 1963 entstand durch den Ausbruch eines Unterwasservulkans eine neue Insel im Atlantischen Ozean, 20 Meilen südlich von Island. Die erste Gefäßpflanze auf dieser Insel war der Meeressenf, der dort bereits im Juli 1965 entdeckt wurde. Auch die Früchte des Meereskatran (Crambe maritima) werden durch Meeresströmungen verbreitet.

Die wirtschaftliche Bedeutung der Kreuzblütler ist kaum zu überschätzen. Gemüse-, Öl-, Futter- und Honigpflanzen gehören zu den bekanntesten, aber die Hauptrolle spielt natürlich der Kohl in all seiner Vielfalt. Kohl wurde in prähistorischen Zeiten angebaut, und die ersten Informationen darüber stammen aus der Jungsteinzeit. Viele Forscher, beginnend mit C. Darwin, glauben, dass alle derzeit existierenden kultivierten Kohlformen von der wild wachsenden Form des Gartenkohls (Brassica oleracea) stammen, andere - vom wilden Kohl (Brassica sylveslris), der als eigenständige Art gilt, andere assoziieren sie mit einer Reihe mediterraner Arten. Keine einzige Pflanze hat dem Menschen über mehrere Jahrtausende hinweg ein so umfangreiches Selektionsmaterial geliefert wie der Kohl. Am beliebtesten ist der Gartenkohl, der in vielen Formen und Sorten auf allen Kontinenten angebaut wird. Von diesen ist Kohl die wichtigste Nahrungspflanze in Ländern gemäßigter Breiten. Die Geschmacksqualitäten von Sorten wie Kohlrabi, Blumenkohl und seinen Brokkolisorten sind unbestreitbar.

Viele lokale Sorten werden von der Bevölkerung bestimmter Länder besonders bevorzugt. Eine der ältesten in China und Japan angebauten Kulturpflanzen sind Chinakohl (B. chinensis) und Pekingkohl (B. pekinensis). Unter den Kreuzblütlern sind auch verschiedene Arten von Rettich und Radieschen (Raphanus sativus) sowie scharfe Gewürze - Meerrettich (Armoracia rusticana) und Sarepta-Senf (Brassica juncea) weithin bekannt. Eine der angebauten Gartenbaukulturen ist die Brunnenkresse, die im Kaukasus in großem Umfang angebaut wird. Eine Reihe wild wachsender Kreuzblütler werden auch als Salat verwendet, wie Löffler (Cochlearia), Indau (Eruca sativa), Raps (Barbarea vulgaris), Brunnenkresse (Nasturtium officinale) und viele andere, und Hirtentäschel (Capsella bursa- pastoris) wird bereits seit mehr als 100 Jahren in China als Gemüse gezüchtet. Junge Triebe und Blattstiele von Seekatran oder Algen (Crambe maritima) werden oft wie Spargel verwendet, und in Zentralasien wird Mehl aus den Wurzeln von Kochi katran (C. kotschyana) hergestellt, aus dem Kuchen gebacken werden. Eine Reihe kultivierter Ölsaaten sind von großer wirtschaftlicher Bedeutung: Raps (Brassica napus var. napus), Sareptasenf, Schwarzer Senf (Brassica nigra), Weißer Senf (Sinapis alba), Leindotter (Camelina saliva), Abessinier Katran (Crambe abyssinica). Die ertragreichste Ölpflanze davon ist in gemäßigten Breiten der Raps, dessen Samen bis zu 50 % Öl enthalten. Es hat eine rein technische Anwendung - es wird zum Härten von Stählen verwendet, nach einer speziellen Behandlung vulkanisiert es gut und bildet eine gummiartige Masse (Factis), die zum Erweichen von Hartgummis und zur Herstellung von Radiergummis verwendet wird. Sarepta-Senföl hat Lebensmittelanwendungen, hauptsächlich in der Süßwaren- und Backwarenindustrie und bei der Herstellung von Margarine und Konserven, und das Pulver (Kuchen) ist Tafelsenf. Leindotter ist die einzige Kulturpflanze unter den Kreuzblütlern, die ein halbtrocknendes Öl produziert. Es wird in der Seifenherstellung, zur Herstellung von Trockenöl und als Schmiermittel für Traktoren verwendet. In den USA wird der ertragreiche Fendler-Lekerella (Lesquerella fendleri) als Fett-Öl-Pflanze in die Kultur eingeführt, deren Samen nicht zerbröckeln und mit einem Mähdrescher geerntet werden können. Es wird in trockenen Gebieten sogar anstelle von Weizen empfohlen. Die meisten Ölsaaten sind gleichzeitig hervorragende Honigpflanzen. Unter den wildwachsenden Kreuzblütlern gibt es auch viele wohlriechende und ätherische Ölpflanzen.

Die individuelle Entwicklung (Ontogenese) eines jeden Organismus beginnt mit einer einzelnen Zelle. Diese Zelle durchläuft einen Teilungsprozess, der bei einzelligen Organismen einer Fortpflanzung und bei mehrzelligen Organismen der Bildung eines neuen Organismus entspricht. Daher sind die Prozesse der Zellteilung im Leben aller Organismen von großer Bedeutung.

Je nach Art des Zellteilungsprozesses werden direkte Teilung (Amitose) und indirekte Teilung (Mitose) unterschieden. Während der Amitose und Mitose erhalten Tochterzellen einen diploiden Chromosomensatz und die Menge an Kernsubstanz ist "2n". Als Ergebnis der oben genannten Teilungsarten werden somatische Zellen (Körperzellen) gebildet. Bei der Bildung von Sporen (bei Pflanzen) und Gameten (bei Tieren) kommt es zu einer indirekten Teilung mit einer Halbierung der Chromosomenzahl. Diese Art der Zellteilung wird als Meiose bezeichnet. In diesem Unterabschnitt werden Amitose und Mitose betrachtet.

Kurze Beschreibung der Amitose

Die Teilung, bei der sich die Struktur der sich teilenden Zelle praktisch nicht wesentlich ändert, wird als Amitose oder direkte Teilung bezeichnet.

Bei der Amitose verlängern sich Zelle und Zellkern, es entsteht eine Verengung, wodurch aus einer Elternzelle zwei Tochterzellen entstehen. Auch Zellen anderer Einzeller teilen sich amitotisch.

Der Nachteil der Amitose besteht darin, dass eine ungleichmäßige Verteilung der Kernsubstanz zwischen Tochterzellen möglich ist, was zur Degeneration dieser Art beitragen kann. Diese Art der Teilung ist ziemlich selten und kommt in hochorganisierten Organismen überhaupt nicht vor.

Allgemeine Merkmale der Mitose

Der Prozess der Zellteilung, bei dem sich ihre Struktur erheblich verändert, die Entstehung neuer Strukturen und die Umsetzung streng definierter Stadien, wird als indirekte Teilung oder Mitose bezeichnet.

Während der Mitose erhalten Tochterzellen einen diploiden Chromosomensatz und die gleiche Menge an Kernsubstanz, die für eine normal funktionierende somatische Elternzelle charakteristisch ist.

Die Mitose findet während der Vermehrung somatischer (Körperzellen) Zellen statt, beispielsweise in den Meristemen (Wachstumsgeweben) von Pflanzen oder in aktiven Teilungszonen bei Tieren (in blutbildenden Organen, in der Haut etc.). Für tierische Organismen ist der Teilungszustand im jungen Alter charakteristisch, er kann aber auch im reifen Alter in den entsprechenden Organen (Haut, blutbildende Organe etc.) durchgeführt werden.

Die Mitose ist eine Abfolge streng definierter Prozesse, die schrittweise ablaufen. Die Mitose hat vier Phasen: Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase. Die Gesamtdauer der Mitose beträgt 2-8 Stunden. Betrachten Sie die Phasen der Mitose genauer.

1. Die Prophase (die erste Phase der Mitose) ist die längste. Während der Prophase erscheinen Chromosomen im Kern (aufgrund der Spiralisierung von DNA-Molekülen). Der Nukleolus löst sich auf. Alle Chromosomen sind deutlich sichtbar. Die Zentriolen des Zellzentrums divergieren zu unterschiedlichen Polen der Zelle und zwischen den Zentriolen bildet sich eine "Teilungsspindel". Die Kernmembran löst sich auf und die Chromosomen treten in das Zytoplasma ein. Die Prophase endet.

Folglich wird als Ergebnis der Prophase eine "Teilungsspindel" gebildet, die aus zwei Zentriolen besteht, die sich an verschiedenen Polen der Zelle befinden und durch zwei Arten von Filamenten verbunden sind - tragend und ziehend. Im Zytoplasma befindet sich ein diploider Chromosomensatz, der jeweils die doppelte (im Vergleich zur Norm) Menge an Kernsubstanz enthält und entlang der großen Symmetrieachse eine Einschnürung aufweist.

2. Metaphase (zweite Teilungsphase). Manchmal wird sie auch als „Sternphase“ bezeichnet, da die Chromosomen von oben betrachtet eine Art Stern bilden. Während der Metaphase werden die Chromosomen am stärksten exprimiert.

In der Metaphase wandern Chromosomen ins Zentrum der Zelle und werden durch Zentromere an den Zugfäden der Spindel befestigt, wodurch eine streng geordnete Struktur der Chromosomenanordnung in der Zelle entsteht. Nach dem Anbringen am Zugfaden wird jeder Chromatinfaden in zwei Teile geteilt, wodurch jedes Chromosom sozusagen in der Zentromerregion zusammengeklebten Chromosomen ähnelt. Am Ende der Metaphase spaltet sich das Zentromer entlang (parallel zu den Chromatinsträngen) und es entsteht eine tetraploide Chromosomenzahl. Damit ist die Metaphase abgeschlossen.

Am Ende der Metaphase erscheint also eine tetraploide Anzahl von Chromosomen (4n), von denen eine Hälfte an den Fäden befestigt ist, die diese Chromosomen zu einem Pol ziehen, und die andere Hälfte zum anderen Pol.

3. Anaphase (dritte Phase, folgt der Metaphase). Während der Anaphase (der Anfangsphase) ziehen sich die Zugfäden der Spindel zusammen und dadurch divergieren die Chromosomen zu verschiedenen Polen der sich teilenden Zelle. Jedes der Chromosomen ist durch eine normale Menge an Kernsubstanz gekennzeichnet.

Am Ende der Anaphase konzentrieren sich die Chromosomen an den Polen der Zelle, und an den Stützfäden der Spindel im Zentrum der Zelle (am „Äquator“) erscheinen Verdickungen. Damit ist die Anaphase abgeschlossen.

4. Telophase (das letzte Stadium der Mitose). Während der Telophase treten folgende Veränderungen auf: Die am Ende der Anaphase entstandenen Verdickungen an den Stützfilamenten nehmen zu und verschmelzen zu einer Primärmembran, die eine Tochterzelle von der anderen trennt.

Als Ergebnis gibt es zwei Zellen, die einen diploiden Chromosomensatz enthalten (2n). Anstelle der Primärmembran bildet sich zwischen den Zellen eine Einschnürung, die sich vertieft, und am Ende der Telophase trennt sich eine Zelle von der anderen.

Gleichzeitig mit der Bildung von Zellmembranen und der Teilung der ursprünglichen (Mutter-) Zelle in zwei Tochterzellen erfolgt die endgültige Bildung junger Tochterzellen. Chromosomen wandern in das Zentrum neuer Zellen, nähern sich eng an, DNA-Moleküle despiralisieren und Chromosomen verschwinden als separate Formationen. Um die Kernsubstanz herum bildet sich eine Kernhülle, es entsteht ein Nukleolus, d.h. der Kern wird gebildet.

Gleichzeitig wird auch ein neues Zellzentrum gebildet, d.h. aus einer Zentriole werden zwei Zentriolen (durch Teilung), zwischen den entstandenen Zentriolen entstehen ziehende Stützfäden. Die Telophase endet hier und die neu entstandenen Zellen treten in ihren Entwicklungszyklus ein, der vom Standort der Zellen und ihrer zukünftigen Rolle abhängt.

Es gibt mehrere Wege der Entwicklung von Tochterzellen. Eine davon ist, dass sich neu entstandene Zellen auf die Erfüllung bestimmter Funktionen spezialisieren, zum Beispiel werden sie zu Blutzellen. Lassen Sie einige dieser Zellen zu Erythrozyten (roten Blutkörperchen) werden. Solche Zellen wachsen bis zu einer bestimmten Größe heran, dann verlieren sie ihren Zellkern und füllen sich mit Atmungspigment (Hämoglobin) und werden reif und können ihre Funktionen erfüllen. Für Erythrozyten ist dies die Fähigkeit, den Gasaustausch zwischen Geweben und Atmungsorganen zu implementieren, indem molekularer Sauerstoff (O 2) von den Atmungsorganen zu Geweben und Kohlendioxid von Geweben zu den Atmungsorganen übertragen wird. Junge rote Blutkörperchen gelangen in den Blutkreislauf, wo sie 2-3 Monate lang funktionieren und dann sterben.

Der zweite Entwicklungsweg der Tochterzellen des Körpers ist ihr Eintritt in den mitotischen Zyklus.

Kurze Beschreibung des mitotischen Zyklus

Der mitotische Zyklus ist das Zeitintervall der Existenz einer Zelle von einer Teilung zur nächsten, einschließlich der Mitose (der Zeitpunkt der Teilung, zu dem zwei Tochterzellen aus der Elternzelle hervorgehen) und der Interphase (die Zeit, in der die Zellen, die sich haben entstanden sind, werden einer neuen Teilung fähig).

Folglich besteht der mitotische Zyklus aus zwei Zeitschichten: dem Zeitpunkt der Mitose und dem Zeitpunkt der Interphase. Die Interphase nimmt 24/25 des gesamten mitotischen Zyklus ein und ist in drei Perioden unterteilt. Die Perioden der Interphase werden im Folgenden kurz charakterisiert.

1. Präsynthetische Periode (G 1). Sie beginnt unmittelbar nach Abschluss der Telophase und dauert etwa halb so lange wie die Interphase. Während dieser Zeit findet auf entspiralisierten Chromosomen (entspiralisierte DNA-Moleküle) RNA-Synthese aller Art statt. Im Nukleolus bilden sich Ribosomen.

In den Mitochondrien wird ATP intensiv synthetisiert, d.h. es sammelt sich in der Zelle in einer für den Körper „bequemen“ Form an (es kann später leicht in den Prozessen der Synthese von Substanzen verwendet werden, die der Körper benötigt).

Gleichzeitig findet eine intensive Synthese von Proteinmolekülen statt. All diese Prozesse bereiten die Syntheseperiode vor, in der die DNA-Synthese stattfindet.

2. Synthetische Periode (S).

Während dieses Stadiums der Interphase wird DNA synthetisiert, d. h. es findet eine Reduktion oder Replikation statt. Unter dem Einfluss von Enzymen werden DNA-Doppelstränge zu Einzelsträngen, und auf ihnen entstehen nach dem Prinzip der Komplementarität (gegenseitige Komplementarität) neue DNA-Doppelstränge. Am Ende der Synthesezeit erscheint eine tetraploide DNA-Menge (4c) in der Zelle, aber der diploide Chromosomensatz (2n) bleibt erhalten. Nachdem eine tetraploide Menge einer Substanz in den Zellen erscheint, endet die Syntheseperiode und die Zelle tritt in die letzte Periode der Interphase ein - postsynthetisch.

3. Postsynthetische Periode (G 2).

Dieser Zeitraum beendet die Interphase. Es ist eine relativ kurze Zeit. Während dieser Zeit findet eine zusätzliche Synthese von Proteinen und ATP statt. Die Zellen erreichen die Grenzgrößen, in ihnen werden schließlich alle Strukturen gebildet. Am Ende der postsynthetischen Phase sind die Zellen bereit für eine neue Teilung.

Abschließend ist festzuhalten, dass die Synthese von Stoffen in allen Perioden der Interphase stattfindet. Die Zuordnung der Syntheseperiode rührt daher, dass ihr wesentlicher Unterschied zu anderen Perioden darin besteht, dass in dieser Zeit DNA synthetisiert wird, sie in der Zelle doppelt zur Norm wird und dies die Voraussetzungen für eine neue Zellteilung schafft.

Die Dauer des mitotischen Zyklus wird durch die Formeln bestimmt:

C \u003d M + G 1 + S + G 2, wobei M die Dauer der Mitose ist; I - Dauer der Interphase; G 1 - die Dauer der vorsynthetischen Periode; S ist die Dauer der synthetischen Periode; G 2 - die Dauer der postsynthetischen Periode; G 1 + G 2 + S = I.

Die Zellvermehrung ist einer der wichtigsten biologischen Prozesse, sie ist eine notwendige Bedingung für die Existenz aller Lebewesen. Die Reproduktion erfolgt durch Teilung der ursprünglichen Zelle.

Zelle- Dies ist die kleinste morphologische Einheit der Struktur eines lebenden Organismus, die zur Selbstproduktion und Selbstregulierung fähig ist. Die Zeit ihres Bestehens von der Teilung bis zum Tod oder der anschließenden Vermehrung wird als Zellzyklus bezeichnet.

Gewebe und Organe bestehen aus verschiedenen Zellen, die ihre eigene Existenzzeit haben. Jeder von ihnen wächst und entwickelt sich, um die lebenswichtige Aktivität des Organismus sicherzustellen. Die Dauer der Mitoseperiode ist unterschiedlich: Blut- und Hautzellen treten alle 24 Stunden in den Teilungsprozess ein, und Neuronen können sich nur bei Neugeborenen fortpflanzen und verlieren dann ihre Fortpflanzungsfähigkeit vollständig.

Es gibt 2 Arten der Teilung - direkt und indirekt. Somatische Zellen vermehren sich indirekt, Gameten oder Keimzellen sind durch Meiose (direkte Teilung) gekennzeichnet.

Mitose - indirekte Teilung

Mitotischer Zyklus

Der mitotische Zyklus umfasst 2 aufeinanderfolgende Stadien: Interphase und mitotische Teilung.

Zwischenphase(Ruhephase) - Vorbereitung der Zelle für die weitere Teilung, bei der das Ausgangsmaterial dupliziert wird, gefolgt von seiner gleichmäßigen Verteilung auf die neu gebildeten Zellen. Es umfasst 3 Perioden:

• • Vorsynthetisch(G-1) G - aus dem englischen Gar, dh einer Lücke, laufen Vorbereitungen für die anschließende Synthese von DNA, die Produktion von Enzymen. Die Hemmung der ersten Periode wurde experimentell durchgeführt, wodurch die Zelle nicht in die nächste Phase eintrat.
  • Synthetik(S) - die Basis des Zellzyklus. Es findet eine Replikation von Chromosomen und Zentriolen des Zellzentrums statt. Erst danach kann die Zelle zur Mitose übergehen.
  • Postsynthetisch(G-2) oder prämitotische Periode - es kommt zu einer Akkumulation von mRNA, die für den Beginn des eigentlichen mitotischen Stadiums benötigt wird. In der G-2-Periode werden Proteine ​​​​(Tubuline) synthetisiert - der Hauptbestandteil der mitotischen Spindel.

Nach dem Ende der Prämitosezeit Mitose. Der Prozess umfasst 4 Phasen:

1. Prophase- Während dieser Zeit wird der Nukleolus zerstört, die Kernmembran (Nukleolema) löst sich auf, Zentriolen befinden sich an gegenüberliegenden Polen und bilden einen Teilungsapparat. Es hat zwei Unterphasen:
   • früh- fadenförmige Körper (Chromosomen) sind sichtbar, sie sind noch nicht klar voneinander getrennt;
   • spät- getrennte Teile von Chromosomen werden verfolgt.
2. Metaphase- beginnt ab dem Moment der Zerstörung des Nukleolema, wenn die Chromosomen zufällig im Zytoplasma liegen und sich erst in Richtung der Äquatorialebene zu bewegen beginnen. Alle Chromatidenpaare sind am Zentromer miteinander verbunden.
3. Anaphase- In einem Moment werden alle Chromosomen getrennt und bewegen sich zu entgegengesetzten Punkten der Zelle. Dies ist eine kurze und sehr wichtige Phase, da in ihr die exakte Teilung des Erbguts stattfindet.
4. Telophase- Chromosomen hören auf, die Kernmembran, der Nukleolus, wird neu gebildet. In der Mitte bildet sich eine Einschnürung, die den Körper der Mutterzelle in zwei Tochterzellen teilt und den mitotischen Prozess abschließt. In den neu gebildeten Zellen beginnt die G-2-Periode erneut.

Meiose - direkte Teilung

Meiose - direkte Teilung

Es gibt einen speziellen Fortpflanzungsprozess, der nur in Keimzellen (Gameten) stattfindet - dieser Meiose (direkte Teilung). Eine Besonderheit für ihn ist das Fehlen einer Interphase. Meiose aus einer ursprünglichen Zelle produziert vier mit einem haploiden Chromosomensatz. Der gesamte Prozess der direkten Teilung umfasst zwei aufeinanderfolgende Phasen, die aus Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase bestehen.

Vor Beginn der Prophase verdoppeln die Keimzellen das Ausgangsmaterial, es wird also tetraploid.

Prophase 1:

1. Leptotena- Chromosomen sind in Form dünner Fäden sichtbar, sie sind verkürzt.
2. Zygoten- das Stadium der Konjugation homologer Chromosomen, wodurch Bivalente gebildet werden. Die Konjugation ist ein wichtiger Moment der Meiose, die Chromosomen liegen so nah wie möglich beieinander, um eine Überkreuzung durchzuführen.
3. Pachytän- es gibt eine Verdickung der Chromosomen, ihre zunehmende Verkürzung, es gibt ein Crossing over (der Austausch genetischer Informationen zwischen homologen Chromosomen, dies ist die Grundlage der Evolution und der erblichen Variabilität).
4. Diplomat- das Stadium der doppelten Stränge, die Chromosomen jedes zweiwertigen divergieren, wobei die Verbindung nur im Bereich der Dekussation (Chiasma) erhalten bleibt.
5. Diakinese- DNA beginnt sich zu verdichten, Chromosomen werden sehr kurz und divergieren.

Die Prophase endet mit der Zerstörung des Nukleolema und der Bildung der Spindel.

Metaphase 1: Bivalente befinden sich in der Mitte der Zelle.

Anaphase 1: Verdoppelte Chromosomen bewegen sich zu entgegengesetzten Polen.

Telophase 1: Der Teilungsprozess ist abgeschlossen, die Zellen erhalten 23 Bivalente.

Ohne nachträgliches Verdoppeln des Materials tritt die Zelle ein zweite Phase Aufteilung.

Prophase 2: Alle Prozesse, die in Prophase 1 waren, wiederholen sich noch einmal, nämlich die Kondensation von Chromosomen, die sich zufällig zwischen den Organellen befinden.

Metaphase 2: Zwei am Schnittpunkt verbundene Chromatiden (univalente) befinden sich in der Äquatorebene und bilden eine Platte namens Metaphase.

Anaphase 2:- Das Univalent ist in separate Chromatiden oder Monaden unterteilt, und sie gehen zu verschiedenen Polen der Zelle.

Telophase 2: Der Teilungsprozess ist abgeschlossen, die Kernhülle wird gebildet und jede Zelle erhält 23 Chromatiden.

Meiose ist ein wichtiger Mechanismus im Leben aller Organismen. Als Ergebnis dieser Teilung erhalten wir 4 haploide Zellen, die die Hälfte des gewünschten Chromatidensatzes aufweisen. Während der Befruchtung bilden zwei Gameten eine vollständige diploide Zelle, die ihren inhärenten Karyotyp beibehält.

Unsere Existenz ist ohne meiotische Teilung kaum vorstellbar, sonst würden alle Organismen mit jeder nachfolgenden Generation doppelte Chromosomensätze erhalten.