Mejoza i reproduktivni životni ciklus heres...

Mejoza i reproduktivni životni ciklus

Gametogeneza u biljaka i životinja

Mutacije

Izv. prof. dr. sc. Lidija Šver

Nasljeđivanje�prijenos značajki s

generacije na generaciju (lat. heres, nasljednik)

� sličnost, ali i različitost potomaka u usporedbi s roditeljima i međusobno

� varijacija –genotipske(DNA) i fenotipske (pojavljivanje) promjene potomaka

�genetika – znanost koja proučava te procese

Nasljeđivanje� prenošenje nasljednih značajki ima molekularnu osnovu u

preciznoj replikaciji DNA kojom se dobiju točne kopije gena koje se mogu prenijeti na potomstvo

� nasljeđene informacije se prenose u obliku specifičnih odsječaka nukleotida gena, a stanica prevodi gensku uputu u proteine (enzime, strukturne proteine i t.d.)

� naslijeđene značajke organizma su proizvod kumulativnog učinka proteina

� osim male količine DNA u kloroplastu i mitohondriju, glavnina DNA u eukariota ukromosomima unutar jezgre

Nasljeđivanje� kromosome nasljeđujemo od roditelja

� prenešeni gametama tijekom oplodnje (fertilizacije)

� po jedan set kromosoma od svakog roditelja

� svaki kromosom je “zbirka” gena (nekoliko stotina ili tisuća gena)

� gen = specifičan slijed (sekvenca) nukleotida koji

kodira proteinski produkt

� u eukariota, gen čine kodirajuće

sekvence (eksoni), regije koje

prethode i koje slijede eksone,

kao i nekodirajuće sekvence

(introni) između pojedinih eksona

� specifično mjesto gena

na kromosomu = lokus (mn. loci)

� naše gensko nasljeđe sastoji seod nove kombinacije gena koji su bilidio kromosoma naših roditelja

Razmnožavanje (reprodukcija) Nespolno (aseksualno) razmnožavanje

� oblik razmnožavanja koji ne uključuje mejozu, smanjivanje broja kromosoma ni oplodnju

� prvenstveno značajka jednostaničnih organizama (prokariota: bakterija i arheja i jednostaničnih eukariota), ali dio biljaka, životinja i gljiva također se razmnožava nespolno

� Svi prokarioti se razmnožavaju nespolno (nema stvaranja gameta ni oplodnje), ali postoje oblici “spolnog razmnožavanja” (konjugacija, transformacija i transdukcija)

Nespolno (aseksualno) razmnožavanje

� jedan roditelj mitozom (nespolnim razmnožavanjem) stvara genski istovjetno potomstvo (KLON)

� prednost:� u kratkom vremenu velik porast populacije

� manji utrošak energije (nema proizvodnje gameta i oplodnje)

� nedostatak:� neprilagodljivost u slučaju promjene uvjeta u

okolišu

� povremene genske razlike

su posljedica relativno rijetkih

promjena u DNA nazvanih

MUTACIJE

Roditelj

Pup

0,5 mm

� Jednostanično� podrazumijeva diobu jedinke na 2 jednaka dijela

� prokarioti – binarno cijepanje

� jednostanični eukarioti (euglena) – mitoza

� Višestanično (fragmentacija)� razmnožavanje fragmentacijom ili cijepanjem (matična jedinka

podijeli se na više fragmenata i iz svakog se razvije nova jedinka)

� neke vrste algi, npr, Spirogyra pa čak i neke više biljke, u životinja plošnjaci

Ameba


Fragmentacija


�vegetativno razmnožavanje biljaka� rizomi� vriježe� lukovice� gomolji� rasplodna tjelešca� korijen

Divlje jagode

Crveni luk

Lukovica

Gomolj

Krumpir

Novi izdanak

Vriježe

oblici stabljike, listova i korijena

Bryophyllum

Mlade biljčice na rubovima listova

� Rasplodnim stanicama (sporama)� spore nastaju u posebnim organima

koji se zovu SPORANGIJI(najsloženiji oblik nespolnog načina razmnožavanja)

� gljive i alge, neke biljke

�pupanje

�partenogenezaPupanje polipa

Hidra

Polip

Nespolno razmnožavanje

Cladocera

Sporangij mahovine Polytrichum sp.

Spolno razmnožavanje

� veća različitost (varijabilnost) nego u nespolnom razmnožavanju

�za razliku od klona, potomstvo nastalo spolnim razmnožavanjem razlikuje se od roditelja i međusobno

�dva roditelja daju potomstvo koje ima jedinstvenu kombinaciju gena nasljeđenu od oba roditelja

Životni ciklus

�razdoblje koje uključuje jednu generaciju u reproduktivnom ciklusu organizma; od začeća do stvaranja vlastitog potomstva (bez obzira da li nespolnim ili spolnim načinom)

Rast

Odraslajedinka

Oplodnja

Zigota

2n

Muška gameta

n

n

Ženska gameta

Somatske stanice izgrađuju tijelo

Germinativne stanice stvaraju gamete

Različitosti životnog ciklusa

� vrste životnog ciklusa prema plodnoisti:� razlike između ciklusa (1) prema produktima mejoze

(spore ili gamete) i da li ti (2) produkti prolaze mitotičke diobe (rast), te (3) o vremenu koju provedu kao haplonti/diplonti

(3) prema vremenu koju provedu kao haplonti/diplonti

�diploidna > haploidna (životinje) = DIPLONTI

�diploidna = haploidna (većina biljaka i neke alge) -HAPLODIPLONTI

�diploidna < haploidna (većina gljiva i neki protisti) = HAPLONTI

Životni ciklus�u većine životinja

� mejozom nastaju gamete

� gamete su jedine haploidne stanice koje se stapaju u diploidnu zigotu

� mitotičkim diobama zigote nastaje višestanični diploidni organizam (diplont)

Gamete

Diploidni višestanični organizam

Legenda

MEJOZA FERTILIZACIJA

n

n

n

2n2n Zigota

HaploidDiploid

Mitoza

(a) Životinje


nn

n

nn

2n2n

Haploidni višestanični organizam (gametofit)

Mitoza Mitoza

SporeGamete

MitozaZigota

Diploidni višestaničniorganizam(sporofit)

(b) Biljke i neke alge

Životni ciklus� većine biljaka i nekih algi

� imaju izmjenu generacija

� životni ciklus uključuje i diploidne (SPOROFIT) i haploidne (GAMETOFIT) višestanične stadije

� mitozom se dijele i haploidna i

diploidna generacija


n

n

n

n

n

2n

Haploidni višestanični organizam

Mitoza Mitoza

Gamete

Zigota

(c) Većina gljiva i neki protisti

Životni ciklus� većine gljiva i nekih protista i nekih algi

� mejozom nastaju haploidne stanice koje se razvijaju u haploidni višestanični odrasli (adultni) organizam

� haploidni odrasli organizam mitozama proizvodi stanice koje će postati gamete

� nakon oplodnje, nastala zigota

odmah ulazi u mejozu

Legenda

Haploid (n)Diploid (2n)

Haploidne gamete (n = 23)

Jajašce (n)

Spermij (n)


Jajnik Testis Diploidnazigota(2n = 46)

Mitoza i razvitak

Višestaničnediploidne jedinke

(2n = 46)

Životni ciklus čovjeka Životni ciklus čovjeka

5 µmParovi homolognih kromosoma

Centromera

Sestrinskekromatide

� svaka somatska stanica je diploidna (2n) i ima 46 kromosoma (22 para autosoma + 2 gonosoma)

�KARIOTIP - metafazni kromosomi stanice poredani (klasificirani) po obliku i veličini - od najvećeg prema najmanjem autosomu, a na kraju gonosomi (X i Y)

� kromosomi su u homolognim parovima (homolozi); oba kromosoma istog para su iste dužine, imaju centromeru u istoj poziciji i isti uzorak tamnih i svijetlih područja nakon bojanja

� nose gene za ista svojstva; na istom mjestu (lat. locus, mn. loci)

� svi kromosomi imaju svoj homologni par osim:� spolnih kromosoma (gonosomi): X i Y

Homologni par kromosoma(po jedan iz svakog seta)

Alel za bijeli cvijet

Alel za ljubičasti

cvijetLokus gena za boju

cvijeta

Homologni kromosomi (homolozi) Spolni kromosomi� spolni kromosomi

(GONOSOMI)� X i Y kromosomi � razlikuju se

međusobno prema značajkama

� određuju spol jedinke�u sisavaca, XX je

osoba ženskog spola, a XY muškog

� svi drugi kromosomi = AUTOSOMI

Kromosomi

�u većine životinja� somatske (nespolne) stanice – dva seta kromosoma tj. po

dva jednaka kromosoma (diploidan broj; 2n) � gamete (spolne stanice) - jedan set kromosoma tj. samo po

jedan kromosom (haploidan broj; n)� tijekom životnog ciklusa većine životinja, samo spermij i

jajašce imaju haploidan broj kromosoma.

Diploidna stanica (2n)po dvije kopije kromosoma

Haploidna stanica (n)jedna kopija kromosoma

Spolne stanice (gamete)

�spermij i jajašce imaju samo jedan set kromosoma (haploidne stanice, haploidi)

Životni ciklus čovjeka�nakon spolnog sazrijevanja, jajnici

i testisi MEJOZOM proizvode haploidne stanice (gamete)

�oplodnja (fertilizacija = singamija) – spajaju se

spermij i jajašce i tvore

diploidnu zigotu

�iz zigote se razvija

odrasli organizam

(diploidan)

Životni ciklus – važnost mejoze� u određenom vremenu tijekom životnog ciklusa

organizama odvija se redukcijska dioba koja omogućava konstantnost broja kromosoma svake vrste – MEJOZA

� redukcija broja kromosoma u gametama da bi se nadomjestilo (kompenziralo) udvostručavanje koje se događa prilikom oplodnje

� fertilizacija obnavlja diploidnost

23+23 46+46 92+92 184+184 368+368 736+736 1472+1472 2944+2944

23

23

Doc

. dr.

.sc.

Lid

ija

Šve

r

Vrsta

Homo sapiens (čovjek) 46 Mus musculus (kućni miš) 40Drosophila melanogaster (vinska mušica) 8Canis familiaris (pas) 78Gallus gallus (kokoš) 78Muntiacus reevesi (kineski muntjak, jelen) 46Muntiacus muntjac (indijski muntjak) 6ž 7mMyrmecia pilosula (mrav) 2Parascaris equorum (askarid, parazitski crv) 2Cambarus clarkii (slatkovodni rak) 200Equisetum arvense (livadna preslica) 216Zea mays (kukuruz) 20Caenorhabditis elegans (crv, obilić) 2Saccharomyces cerevisiae (kvasac) 32Arabidopsis thaliana (uročnjak) 10

Br. kromosoma (2n)

Životni ciklus – važnost mejoze�MEJOZA omogućava gensku (i fenotipsku)

raznolikost

� genska varijabilnost omogućuje prilagođavanje populacije uvjetima okoliša, te preživljavanje otpornijih jedinki

STANIČNE DIOBE

MITOZA i MEJOZA

= diobe jezgre (kariokineza)

CITOKINEZA = dioba citoplazme

Mitoza

�tijekom DNA sinteze (replikacije, udvostručenja)� kromosomi se udvostruče i stvaraju dvije

identične sestrinske kromatide

Parovi homolognih kromosoma(po jedan iz svakog seta)

Legenda

Majčinski set kromosoma (n = 3)

Očinski set kromosoma (n = 3)2n = 6

Dvije sestrinske kromatide jednog

repliciranog kromosoma

Dvije nesestrinske kromatide homolognog para kromosoma

Centromera

Važnost mitoze�gotovo sve stanice

�učestala dioba

� razmnožavanje

� razvitak i rast organizma

�obnavljanje organizma

�popravljanje oštećenih tkiva

Mejoza

�smanjuje (reducira) broj kromosomskog seta s diploidnog (2n) u haploidni (1n)

�sastoji se od dvije uzastopne diobe, mejozeI i mejoze II, ali se genski materijal udvostručuje samo u S fazi interfaze prije mejoze I

�između mejoze I i II može postojati interfaza (kraća ili duža) u kojoj nema replikacije genskog materijala (nema S faze) pa se ta interfaza naziva INTERKINEZA

Sestrinske kromatide se odvajaju

Homologni kromosomi se

odvajaju

MEJOZA

�Mejoza I� reducira broj

kromosoma s diploidnog u haploidni

�Mejoza II� stvara četiri

haploidne stanice kćeri

InterfazaHomologni par kromosoma u diploidnoj

roditeljskoj stanici

Replikacija kromosomaHomologni par udvostručenih

kromosoma

Sestrinske kromatide

Diploidna stanica s repliciranim kromosomima

1

2

Haploidne stanice s dvostrukim kromosomima

Haploidne stanice s nerepliciranim jednostrukim kromosomima

Mejoza I

Mejoza II

Centrosomi(s parovima centriola)

Sestrinske kromatide

Hijazme

Diobeno vreteno

TetradaJezgrina ovojnicaKromatin

Centromera(s kinetohorom)

Mikrotubuli povezani na kinetohoru

Tetrade su poredane u

metafaznoj ploči

Metafaznaploča

Odvajanje homolognih kromosoma

Sestrinske kromatideostaju spojene

Odvajaju se homologni parovi

Kromosomi su udvostručeni (dvostruki)

Homologni kromosomski (plavi i crveni) parovi i

izmjena odsječaka nesestrinskih kromatida;2n = 6 u ovom primjeru

INTERFAZA MEJOZA I: Odvajanje homolognih kromosoma

PROFAZA I METAFAZA I ANAFAZA I

Interfaza i mejoza I

TELOFAZA I i

CITOKINEZAPROFAZA II METAFAZA II ANAFAZA II TELOFAZA II i

CITOKINEZA

MEJOZA II: Odvajanje sestrinskih kromatida

Rascijepna brazda

Odvajaju se

sestrinske kromatide

Stvaranje haploidnih

stanica kćeri

Tijekom drugog kruga stanične diobe, konačno se odvajaju sestrinske kromatide; kao rezultat nastaju

četiri haploidne stanice koje sadrže jednostruke kromosome

Stvaranje dvije haploidne stanice; kromosomi su još uvijek dvostruki

Telofaza I, citokineza i mejoza II

Profaza ILeptoten

Kondenziranje kromosoma;

postoji jezgrica i membrana

Kromosomi

Kromomere

Jezgrica

Jezgra

Profaza IZigoten

Sparivanje homolognih

kromosoma u tetrade (ili bivalente) Sinaptonemski kompleks

Kromosomi

Sinapsa

Jezgrica

Jezgra

Profaza IPahiten

Bivalent=tetradaHijazma – mjesto

prekriženja nesestrinskih

kromatida

Kromosomi

HijazmaHijazme

JezgricaCrossing-

over

Jezgra

Profaza IDiploten

Razdvajanje bivalenata osim na mjestima hijazmi;

Razgradnja jezgrice

Homologni kromosomi

Hijazme

Jezgrica je nestala

Jezgra

Četiri kromatide(dva kromosoma)

Profaza IDijakineza

Nestaju hijazme;Bivalenti se kreću prema

ekvatorijalnoj ravniniNestaje jezgrina membraneStvara se diobeno vreteno

Homologni kromosomi Jezgra

MITOZE I MEJOZE

�učestalija dioba jer omogućava rast i obnavljanje višestaničnog organizma

�samo u određenom vremenu tijekom životnog ciklusa

�nastaju 2 genski istovjetne stanice kćeri �nastaju 4 stanice kćeri koje se genski razlikuju od roditeljske stanice, ali i međusobno

�broj kromosoma tijekom mitoze ostaje isti (diploidan)

�broj kromosoma tijekom mejotičkih dioba se smanji (haploidan)

�jedno udvostručavanje (replikacija) DNA, tj. kromosoma slijedi jedna dioba

�jedno udvostručavanje (replikacija) DNA, tj. kromosoma slijede dvije uzastopne mejotičke diobe

�tijekom profaze I spajaju se i isprepliću homologni parovi kromosoma (sinapse), teizmjenjuju genski materijal između nesestrinskih kromatida (crossing over)

�u metafazi su u ekvatorijalnoj ravnini poredani pojedinačni kromosomi

�u metafazi, bivalenti se poredaju u ekvatorijalnoj ravnini tijekom metafaze I

�u anafazi se odvajaju kromatide �tijekom anafaze I odvajaju se homologni kromosomi prema suprotnim polovima stanice

USPOREDBA Usporedba mitoze i mejozeMITOZA MEJOZA

Profaza

Udvostručenikromosom

(dvije sestrinske kromatide)

Replikacija kromosoma

Replikacija kromosoma

Roditeljska stanica(prije replikacije

kromosoma)Hijazma (mjestocrossing over-a)

MEJOZA I

Profaza I

Metafaza

Kromosomismješteni u metafaznoj

ploči

Tetrade smještene u metafaznoj

ploči

Metafaza I

Anafaza ITelofaza I

Haploidn = 3

MEJOZA II

Stanice kćeri nastale u mejozi I

Homolozi se odvajaju u anafazi I; sestrinske kromatide ostaju zajedno

Stanice kćeri nastale u mejozi IIn n n n

Sestrinske kromatide odvajaju se u anafazi II

AnafazaTelofaza

Sestrinskekromatide odvajaju

se u anafazi

2n 2nStanice kćeri nastale

mitozom

2n = 6

Tetrade nastale spajanjem (sinapsa) homolognih kromosoma

GENETSKARAZNOLIKOST

�posljedica mutacija i rekombinacije

�mutacije = izvor novih alela

�rekombinacija = premještanje već postojećih alela tijekom mejoze i oplodnje

polimorfizam boje kućice puža Cepaea nemoralis

Genetska raznolikost (varijabilnost)

�nastala reorganizacijom (premještanjem) gena

�doprinosi evoluciji�nespolno razmnožavanje

� varijabilnost kao posljedica mutacija

�spolno razmnožavanje� varijabilnost nastala u spolnom životnom ciklusu

rekombinacijama:�crossing over-om�rasporedom kromosoma tijekom metafaze I i II�oplodnjom (fertilizacijom)

Geni� svaki gen se nalazi na

specifičnom mjestu (lokusu) određenog kromosoma

�nasljeđujemo 2 kopije (1 majčinski, 1 očinski)istog gena� svaka kopija je jedan

alel

� aleli mogu biti

� homologni (isti DNA odsječak, tj. isti slijed nukleotida)

� heterologni (različiti DNA odsječci)

Homologni par kromosoma(po jedan iz svakog seta)

Alel za bijeli cvijet

Alel za ljubičasti cvijet

Lokus gena za boju cvijeta

Aleli� varijante gena za isto svojstvo

� na istom lokusu homolognih kromosoma

� promjene u slijedu nukleotida – promjena informacije

� nastali mutacijama tijekom evolucije

Nastajanje genske raznolikosti:

Promjene učestalosti nekih genatijekom vremena izazivaju ifenotipske promjene u populaciji, otkrivaju gensku (i geografsku) raznolikost među pripadnicima istevrste, a nastaju:

RekombinacijamaGenskim

mutacijamaKromosomskim mutacijama

Genska varijabilnost Cepaea nemoralis

Rekombinacije

�osnova genske raznolikosti, jer su mnogo češće od mutacija

�rekombinacije nastaju u mejozi kao posljedica različitog razmještaja alela (u procesu crossing over-a) na homolognim kromosomima koji se potom nezavisno preraspodjele u gamete

�osim toga, pri oplodnji dolazi do slučajnog spajanja (slobodne kombinacije) gameta -genska raznolikost

Rekombinacija

�nezavisno razmještanje kromosoma

�crossing-over

� slučajna oplodnja

Crossing Over� nastaju rekombinantni kromosomi s genima

koji potiču od oba roditelja

Rekombinantni kromosomi

Profaza Imejoze

Nesestrinske kromatide

TetradaHijazma,mjesto

odvijanjacrossingover-a

Metafaza I

Metafaza II

Stanice kćeri

Broj mogućih kombinacija za

1 c.o. /kromosomu = 4

Aleli u ovoj tetradi razmjestit će se između kromatida 1 i 3 tijekom crossing overa na slijedeći način

� Prije crossingover-a

1. A B C D E F G H I J


3. a b c d e f g h i j


� Poslije crossingover-a

1. A B c d e f g h I J


3. a b C D E F G H i j


prekriženje(hijazma)

kromatida 1 i 3

centromere

Također, nezavisna raspodjela kromosoma

� Svaki par kromosoma raspoređuje majčinske i očinski homologe u stanicu kćeri neovisno o drugim parovima

Figure 13.10

Legenda

Majčinski set kromosoma

Očinski set kromosoma

1. mogućnost

Dvije jednako vjerojatne raspodjele kromosoma u metafazi I

2. mogućnost

Metafaza II

Stanice kćeri

Kombinacija 1 Kombinacija 2 Kombinacija 3 Kombinacija 4

Broj mogućih kombinacija = 2n

n= broj kromosoma

Rekombinacijanezavisnorazmještanjekromosoma u metafazi I

2n = 4;n = 222 = 4

kombinacije

2n = 6; n = 323 = 8 kombinacija

Broj mogućih kombinacija = 2n

n= broj kromosoma

Slučajna oplodnja� spajanjem (fuzijom) gameta

� nastati će zigota kao jedna od mogućih2n × 2n = (2n)2, tj. za čovjeka gdje n = 23

223 × 223 = (223)2 = 70 × 1012 kombinacija

n = 23; 1 c.o./bivalent + oplodnja = [(4)23]2 =

4951760200000000000000000000

tj. 1 : ~5 × 1027 mogućih kombinacija

Genska raznolikost Evolucija i genska raznolikost (varijabilnost) u populacijama

�genska raznolikost (varijabilnost) je osnovni materijal na kojeg djeluje prirodni odabir (selekcija) kao mehanizam evolucije

�mutacije - jedinstveni izvor genske varijabilnosti

�spolno razmnožavanje (reprodukcija)� stvara nove kombinacije različitih gena, čime

doprinosi genskoj raznovrsnosti

Nastanak gameta

Mejoza u životinja i biljaka

Spermatogenezai spermiogeneza

Jezgra

Plazmatska membrana

VratCentriol

Mitohondriji (spiralni položaj)

Glava

Središnjidio (tijelo)

Rep (bič)

Akrosom

Zreli spermij

Oogeneza

I

Oplođena jajna stanica žene

Polocite

Spermatogeneza-oogeneza Biljke – kritosjemenjačeGrađa cvijeta

Sporofit

Cvijet

Sjemenizametak(ovulum)

Plodnica(ovarij)

MIKROSPOROCITE se mejotski dijele pa nastaju 4

haploidne MIKROSPORE

Prašnica(antera)

MEGASPOROCITA se mejotski dijeli pa

nastaju 4 haploidneMEGASPORE

Mikrospore (4)

Antipode (3)

Polarne jezgre (2)

Preostala megaspora

Integumenti

Megasporocita

Ovoji embrionske vreće (integumenti )

SporangijSjemenizametak(ovulum)

Mikrosporangij unutar peludnice

prašnika

MEJOZA

MITOZA

Mikrosporocita

Muški gametofit(unutar peludnog zrnca)

Haploid (n)Diploid (2n)

Embrionska vreća

Svaka od 4 mikrospora

Ovulum

Jajna stanica (1)

Sinergide (2)

Peludno zrno

Jezgra vegetativne stanice (razvit će se u peludnu mješinicu)

Generativna stanica (iz koje će nastati 2 spermalne stanice)

Ženski gam

etofit(e

mb

rionsk

a vre

ća)

Razvitak muškog i ženskoggametofita u kritosjemenjača

MUTACIJE

Mutacije

�izvor novih alela�neočekivane, rijetke i slučajne

Mutacije� trajne promjene genskog materijala

(DNA ili RNA)�mutacije mogu biti:

� posljedica pogrešnog udvostručavanja genskog materijala tijekom stanične diobe (spontane)

� uzrokovane vanjskim faktorima (zračenje, kemijska sredstva, virusi, ...)

�u višestaničnim organizmima:� germinativne mutacije

� mutacije staničnih linija koje stvaraju gamete� prenose se na potomstvo

� somatske mutacije� mutacije somatskih stanica� često dovode do nepravilnosti u funkcioniranju stanice

(primjerice, tumorske stanice) ili do njene smrti

Mutacije i evolucija�mutacije se smatraju pokretačkom silom

evolucije� manje poželjne (štetne) mutacije prirodnim se

odabirom (selekcijom) isključuju iz fonda gena (engl. gene pool)

� poželjne (korisne, povoljne) mutacije se nakupljaju u genskoj bazi

�neutralne mutacije ne utječu na vjerojatnost preživljavanja organizma u njegovom prirodnom okolišu, ali se nakupljaju tijekom vremena

� većina mutacija nema značajan učinak; vidljive mutacije su posebice rijetke jer mehanizam popravka DNA može preokrenuti većinu promjena prije nego što one postanu trajne mutacije

Uzroci mutacija� spontane mutacije (nastale zbog pogrešaka u

replikaciji i popravku DNA oštećenja) � tautomerizam – promjena baze

premještanjem vodikova atoma

� depurinacija – gubitak purinske

baze (adenina; A ili gvanina; G)

� deaminacija – gubitak amino(-NH2) skupine; promjena normalne baze u atipičnu; citozin u uracil (C → U) ili adenin u hipoksantin(A → HX)

� tranzicija – promjena jedne purinske (ili pirimidinske) baze u drugu, purinsku (ili pirimidinsku)

� transverzija - promjena purinske baze u pirimidinsku ili obratno

Uzročnici mutacija - MUTAGENI� inducirane mutacije = potaknute mutagenima

� kemijski agensi� analozi baza (na pr. 5-bromo-2-deoksiuridin; BrdU);

� izazivaju tranziciju, transverziju ili deleciju samo tijekom replikacije DNA

� neke kemikalije (na pr. kiseline)� alkilirajući agensi (na pr. N-etil-N-nitrozourea; ENU)

� izazivaju tranziciju, transverziju ili deleciju tijekom replikacije (S-faze), ali i u ostalim fazama st. ciklusa

� metilirajući agensi (na pr. etan metil sulfonat; EMS)� policiklički ugljikovodici (na pr. benzopireni)� DNA interkalirajući agensi (na pr. etidij bromid)

� ugrađuju se između baza susjednih lanaca i deformiraju lanac DNA

� agensi koji premošćuju dva lanaca DNA; engl. crosslinker (platina)

� oksidativni radikali� zračenje

� UV (timidinski dimeri)� ionizirajuće

�Benzopiren, glavni mutagen duhanskog dima, ugrađuje se između lanaca DNA.

Benzopiren

Etidij bromid = DNA interkalirajući agensi

Podjela mutacija�funkcionalna klasifikacija – promjene

funkcije ili ekspresije genskog produkta � mutacije gubitka funkcije – protein nastao translacijom

mutiranog gena ima slabiju ili uopće nema funkcije � bezvrijedni (null) alel – potpuni gubitak funkcije

(amorfna mutacija) � mutacije povećanja funkcije (gain of function) –

produkt mutiranog gena (mutirani protein) ima novu i abnormalnu funkciju

� dominantne negativne mutacije (antimorfne mutacije) promjenjeni genski produkt djeluje kao antagonist divljem tipu (wild type) alela

� letalne mutacije – mutacije koje dovode do fenotipa koji je nesposoban za učinkovito razmnožavanje (reprodukciju)

� uvjetne mutacije – mutacije koje imaju fenotip divljeg tipa u određenim okolišnim uvjetima, a mutirani fenotip u pojedinim selektivnim uvjetima

Podjela mutacija� strukturna klasifikacija

� genske mutacije (mutacije koje utječu na jedan ili nekoliko nukleotida)� točkaste mutacije� insercije� delecije

� strukturne kromosomske mutacije (mutacije koje zahvaćaju veći dio kromosoma)� duplikacije (amplifikacije) gena� delecije� translokacije� inverzije

� promjene broja kromosoma� aneuploidija� poliploidija

pomak okvira čitanja (frameshift)

Genske (točkaste) mutacije�promjena jedne ili nekoliko baza u genu

� supstitucija (zamjena) kao posljedice tranzicije ili transverzije; često uzrokovane ugradnjom analoga (BrdU) ili djelovanjem kiselina (nitritna; HNO2)

� istosmislena, tiha (engl. samesanse, silent) – bez učinka na slijed aminokiselina u proteinu� DEGENERACIJA GENSKE ŠIFRE

� pogrešna (engl. missense) – pogreška u slijedu aminokiselina

� bez smisla (engl. nonsense) – skraćen, okrnjen protein (STOP kodon)

� pomak okvira čitanja (engl. frameshift) posljedica ubacivanja (insercije) ili gubitka (delecije) jedne ili više baza

Genske mutacijeVećina točkastih mutacija (= promjena jednog nukleotida ili

jedne dušične baze) je bezazlena ako:– pogodi introne (ne kodiraju proteine),– pa čak i eksone (kodiraju !), jer postoji više genskih

šifri za istu ak (degenaracija šifre)Međutim, neke mogu izazvati promjene ak sastava

proteinske molekule (npr. globina u Hb, ak. Glu u Val), pa dolazi i do funkcijske promjene (HbA > HbS) kojaizobličuje eritrocite.

Novi aleli nastaju (rijetko i slučajno) isključivo genskimmutacijama

Struktura hemoglobinacrveno = proteinske podjedinicenarančasto = hem sa željezom

Kromosomske mutacije

�promjene redoslijeda gena na kromosomu (strukturne), te promjene broja kromosoma (poliploidije i aneuploidije)

�utječu na mnoge genske lokuse i često su letalne

�posljedice nepravilnosti tijekom diobi�mutacija građe kromosoma

�mutacije broja kromosoma�aneuploidija

� 2n ± 1 ili 2n ± nekoliko kromosoma

� aneuploidija autosoma ili gonosoma

�poliploidija� 3n, 4n, ...

Strukturne kromosomske mutacije� utječu na mnoge genske lokuse i često su letalne

(hemoglobinopatije)

� promjene redoslijeda gena na kromosomu (strukturne)

Translokacija–odsječak s jednog kromosoma se prebacuje na drugi, nehomologni kromosom

Duplikacija –odsječak kromosoma se ponavlja

Delecija – odstranjuje se odsječak kromosoma

Inverzija – preokrene se odsječak unutar kromosoma

Delecija

A

Recipročna translokacija

Insercija

Duplikacija

B

A

C E F G H

A

A

A

AA

A

B B

B

B

B

B

B

B

C

C

C C

C

C

D

C

C

D

D

D D

D

D

E

E E

E

E

E

E

P Q R

F G H

F G H

F G H

F G HF G H

F G H

F G H

P Q RM N O

M N O

Kontrolni sustav

G1 kontrolna točka

G2 faza

S fazaG1 faza

M kontrolna točka

G2 kontrolna točka

Kontrola staničnog ciklusa- kritične točke staničnog ciklusa

(točnost završene replikacije DNA)

provjera pravilnosti raspodjele

kromosoma u metafaznoj ploči

Kontrolne točke staničnog ciklusa

G1 S G2 M

Pogreške u duplikaciji ili segregaciji centrosoma zakoče stanicu u prijelazu iz G2 u M fazu.

Dvostruki lomovi u DNA

zakoče prijelaz iz G2 u M fazu.

Oštećenje DNA zakoči početak

replikacije i zaustavi stanicu na prijelazu iz G1

u S fazu.

G2/M kontrolna točka

G1/S kontrolna točka

Anafazna kontrolna točka

Spriječeno gibanje replikacijske vilice zaustavi stanicu na prijelazu iz G2 u M

fazu.

Kromosomi koji nisu pričvršćeni nitima diobenog vretena zakoče početak

anafaze.

Propust kontrolnih točaka

2n + 1

Translokacija Delecija

Diploid

Tetraploidija(poliploidija)

Aneuploidija

2n - 1

Umnožavavanje gena ili kromosoma

Propust kontrolne točke

provjere udvostručavanja

centrosoma

Propust kontrolne točke provjere

diobenog vretena

Propust kontrolne točke provjere oštećenja DNA

Mutacije broja kromosoma� posljedica nepravilnosti tijekom mejoze I, mejoze II ili

mitoze� aneuploidija – posljedica neodvajanja homolognih kromosoma u

mejozi I ili kromatida u mejozi II i u mitozi � 2n – euploidni organizam� 2n ± 1 ili 2n ± nekoliko kromosoma� 2n + 1 – trisomija kromosoma� 2n – 1 – monosomija kromosoma� Aneuploidija autosoma ili gonosoma

� poliploidija – posljedica neodvajanja svih kromosoma� 3n, 4n, ...

� triploidni organizam - spajanje diploidne gamete (pogreška u razdvajanju svih kromosoma) s haploidnom gametom

� tetraploidnost – pogreška 2n zigote da podijeli svoje udvostručene kromosome – nastaje 4n embrio

� poliploidija česta u biljnom carstvu, čak poželjna u poljoprivredi (jagode 2n=14, kultivari 4n, 6n, 8n i 10n))

� poneki ribe i vodozemci, prvi sisavac, glodavacTypanoctomysbarrerae

� poliploidi su gotovo normalnog izgleda za razliku od aneuploidajer izgleda da suvišak ili manjak jednog kromosoma više poremeti gensku ravnotežu nego suvišak čitavog seta kromosoma

Broj setova kromosoma u stanici

�broj homolognih kromosoma u jednoj stanici

Kontrolne točke staničnog ciklusa

G1 S G2 M

Pogreške u duplikaciji ili segregaciji centrosoma zakoče stanicu u prijelazu iz G2 u M fazu.

Dvostruki lomovi u DNA

zakoče prijelaz iz G2 u M fazu.

Oštećenje DNA zakoči početak

replikacije i zaustavi stanicu na prijelazu iz G1

u S fazu.

G2/M kontrolna točka

G1/S kontrolna točka

Anafazna kontrolna točka

Spriječeno gibanje replikacijske vilice zaustavi stanicu na prijelazu iz G2 u M

fazu.

Kromosomi koji nisu pričvršćeni nitima diobenog vretena zakoče početak

anafaze.

Propust kontrolnih točaka

2n + 1

Translokacija Delecija

Diploid

Tetraploidija(poliploidija)

Aneuploidija

2n - 1

Umnožavavanje gena ili kromosoma

Propust kontrolne točke

provjere udvostručavanja

centrosoma

Propust kontrolne točke provjere

diobenog vretena

Propust kontrolne točke provjere oštećenja DNA

Nepravilna dioba kromosoma

MEJOZA I

MEJOZA II

Nerazdvajanje homolognih kromosoma

Broj kromosoma

GAMETE

Nerazdvajanje kromatida

n + 1 n + 1 n + 1n - 1 n - 1 n - 1 n n

Nepravilna dioba kromosoma

trisomija kromosoma 21

Mutacije kromosomskog seta

�poliploidija:

�autopoliploidija� Oenothera

lamarckiana (2n) i O. gigas (4n)

� žaba Hyla versicolor(4n) nastala križanjem H.chrysoscelis (2n)

Oenothera lamarckiana

Hyla chrysoscelis Hyla versicolor

�poliploidija:

� pšenica(Triticum aestivum)

�alopoliploidija

Mutacije kromosomskog seta

�tetraploidni sisavac?

Tympanoctomys barrerae

GENETICS. Recent genetic data indicate that T. barrerae is the first tetraploidmammal (Gallardo et al., 1999). T. barrerae has a genome size of 16.8 pg DNA, which is double that of its closest relatives and of most mammals (Gallardo et al., 1999). As expected in polyploid organisms, significantly larger spermatozoa (14.1 313.4 mm) with 9.2 pg DNA have been recorded (Gallardo et al., 1999). The completely biarmed karyotype (2n = 102, FN = 200) is the largest of any mammal and includes 36 pairs of metacentric to submetacentric chromosomes, 14 pairs of subtelocentric autosomes, and an XY sex chromosome system (Contreras et al., 1990).

Učestalost mutacija� slučajna i rijetka pojava

� zapravo, česte promjene, ali i često uspješan popravak

�neka mjesta DNA su podložnija mutacijama (engl. hotspot)� na mjestima atipičnih, neuobičajenih baza (na pr. 5-

metilcitozin)

� i do 100 puta češće mutacije

�učestalost mutacija se razlikuje i prema vrstama� veći postotak mutacija je u nekim situacijama povoljniji

jer omogućava evoluiranje organizma, a time i bržu prilagodbu na promjene u okolišu

Mutacija i bolest� promjene u DNA uzrokovane mutacijama imaju za posljedicu pogreške

u odsječku proteina, odnosno nastanak djelomično ili potpuno nefunkcionalnog proteina

� da bi pravilno funkcionirala, svaka stanica ovisi o tisućama proteina koji moraju djelovati u određeno vrijeme na određenom mjestu

� ako mutirani proteini ima značajnu ulogu u metabolizmu – može doći do poremećaja

� poremećaji uzrokovani mutacijama jednog ili više gena nazivamo genski poremećaji

� više mutacija u somatskim stanicama mogu dovesti do njezine malignosti, tj. uzrokovati nastanak tumorskih stanica

� poremećaji kao posljedice strukturnih mutacija kromosoma ili mutacija u broju kromosoma

� MUTAGENEZA – stvaranje promjena u molekuli DNA � KANCEROGENEZA – slijed događanja koji dovodi do nekontroliranog

odvijanja staničnog ciklusa (nekontrolirane proliferacije transformiranih stanica tj. nastanka tumora)� posljedica je nekoliko mutacija u različitim genima

Mejoza i reproduktivni životni ciklus heres...

Documents

Transcript of Mejoza i reproduktivni životni ciklus heres...