Воспроизведение клетки #50

В Воспроизведение клетки является неотъемлемой частью жизнедеятельности организма, так как необходимо восстанавливать отмершие клетки. Восстановление омертвевших клеток осуществляется за счет клеточного деления.

Клеточный цикл

Большинство клеток многоклеточного организма в процессе функционирования «изнашивается» и должны заменяться новыми. Замена осуществляется в результате клеточного деления.

Клеточный цикл – это период в жизнедеятельности клетки от момента ее появления до гибели или образования дочерних клеток. Совокупность процессов, протекающих в клетке от одного деления до другого, включая само деление, называется митотическим циклом.

Жизнедеятельность клетки между двумя митозами называется интерфазой. В интерфазе различают три периода:

  1. пресинтетический;
  2. синтетический;
  3. постсинтетический.

В пресинтетический период (G1) клетка вступает сразу после деления. Этот период характеризуется: синтезом РНК, белков (ферментов, гистоновых, структурных), АТФ, накоплением нуклеотидов ДНК. Клетка растет и выполняет свои функции. Содержание генетического материала в клетке в этот период обозначается: 2n1хр (диплоидный набор хромосом, каждая хромосома содержит одну хроматиду). Продолжительность этого периода – от нескольких часов до нескольких лет и даже десятилетий в зависимости от типа клетки.

Синтетический период (S) клетки характеризуется репликацией молекул ДНК. В этот период происходит удвоение хроматид и содержание генетического материала в клетке становится 2n2хр (диплоидный набор хромосом, каждая хромосома содержит две хроматиды). В клетке идут процессы обмена веществ (синтез РНК, ферментов, АТФ, гликолиз и др.), и она продолжает выполнять свои обычные функции. Длительность этого периода – от нескольких минут до 6 — 12 ч.

В постсинтетический период (G2) продолжается синтез РНК и белков (преимущественно для построения митотического аппарата), затухают обменные процессы, накапливается энергия АТФ. Клетка постепенно прекращает выполнение своих функций, увеличивается вязкость ее цитоплазмы. К концу этого периода удваиваются центриоли. Содержание генетического материала остается прежним (2n2хр). Продолжительность постсинтетического периода – 3 — 4 ч.

Прямое и непрямое деление клетки и митоз

Основной причиной наступления деления клеток является снижение ядерно-цитоплазматического отношения. Деление клеток может быть непрямым (митоз) и прямым (амитоз).

Большинство эукариотических клеток делится митотически. Это сложное деление, в непрерывном процессе которою различают 4 фазы:

  1. профазу;
  2. метафазу;
  3. анафазу;
  4. телофазу.

Продолжительность его составляет 0,5 — 3 ч.

В профазе увеличивается объем ядра и вследствие спирализации хроматина формируются хромосомы. К концу профазы видно, что каждая хромосома состоит из двух хроматид. Постепенно растворяются ядрышки и ядерная оболочка, и хромосомы оказываются беспорядочно расположенными в цитоплазме клетки. Центриоли расходятся к полюсам клетки. Формируется ахроматиновое веретено деления, часть нитей которого идет от полюса к полюсу, а часть – прикрепляется к центромерам хромосом. Содержание генетического материала в клетке остается неизменным (2n2хр).

В метафазе хромосомы достигают максимальной спирапизации и располагаются упорядоченно на экваторе клетки, поэтому их подсчет и изучение проводят в этот период. Содержание генетического материала не изменяется (2n2хр).

В анафазе каждая хромосома «расщепляется» на две хроматиды, которые с этого момента называются дочерними хромосомами. Нити веретена, прикрепленные к центромерам, сокращаются и тянут хроматиды (дочерние хромосомы) к противоположным полюсам клетки. Содержание генетического материала в клетке у каждого полюса представлено диплоидным набором хромосом, но каждая хромосома содержит одну хроматиду (2n1хр).

В телофазе расположившиеся у полюсов хромосомы деспирализуются и становятся плохо видимыми. Вокруг хромосом у каждого полюса из мембранных структур цитоплазмы формируется ядерная оболочка, в ядрах образуются ядрышки. Разрушается веретено деления. Одновременно идет деление цитоплазмы. Дочерние клетки имеют диплоидный набор хромосом, каждая из которых состоит из одной хроматиды (2n1хр).

Схема митоза
Схема митоза в клетках лука: 1 — интерфаза; 2 — профаза; 3 — метафаза; 4 — анафаза; 5 — телофаза; 6 — дочерние клетки.

Биологическое значение митоза заключается в точном распределении генетической информации между дочерними клетками, что обеспечивает постоянство кариотипов особей вида и генетическую преемственность в многочисленных поколениях клеток. Митоз обусловливает важнейшие явления жизнедеятельности: рост, развитие и восстановление тканей и органов и бесполое размножение организмов.

При прямом делении эукариотических клеток – амитозе – вначале происходит разделение ядрышка, а затем ядра на две или несколько частей путем перетяжек. Далее цитоплазма перешнуровывается и образуются две или несколько дочерних клеток. Амитозом делятся некоторые эукариотические клетки, например клетки поврежденных тканей, печени, эпителия мочевого пузыря и др. Амитоз позволяет быстро восстанавливать численность клеток.

Мейоз

 

Схема мейоза
Схема мейоза (пара хромосом). Мейоз 1: 1,2,3,4,5 — профаза; 6 — метафаза; 7 — анафаза; 8 — телофаза; 9 — интеркинез. Мейоз 2: 10 — метафаза; 11 — анафаза; 12 — дочерние клетки.

Мейоз – разновидность митоза, в результате которого из диплоидных (2n) соматических клеток половых желез образуются гаплоидные гаметы (1n). При оплодотворении ядра гамет сливаются и восстанавливается диплоидный набор хромосом. Таким образом, мейоз обеспечивает сохранение постоянного для каждого вида набора хромосом и количества ДНК.

Мейоз представляет собой непрерывный процесс, состоящий из двух последовательных делений, называемых мейозом 1 и мейозом 2. В каждом делении различают профазу, метафазу, анафазу и телофазу. В результате мейоза 1 число хромосом уменьшается вдвое (редукционное деление); при мейозе 2 гаплоидность клеток сохраняется (эквационное деление). Клетки, вступающие в мейоз, содержат генетическую информацию 2n2хр.

В профазе мейоза 1 происходит постепенная спирализация хроматина с образованием хромосом. Гомологичные хромосомы сближаются, образуя общую структуру, состоящую из двух хромосом (бивалент) и четырех хроматид (тетрада). Соприкосновение двух гомологичных хромосом по всей длине называется конъюгацией. Затем между гомологичными хромосомами появляются силы отталкивания и хромосомы сначала разделяются в области центромер, оставаясь соединенными в области плеч, и образуют перекресты (хиазмы). Расхождение хроматид постепенно увеличивается и перекресты смещаются к их концам. В процессе конъюгации между некоторыми хроматидами гомологичных хромосом может происходить обмен участками – кроссинговер, приводящий к перекомбинации генетического материала. К концу профазы растворяются ядерная оболочка и ядрышки, формируется ахроматиновое веретено деления. Содержание генетического материала остается прежним (2n2хр‚ запись можно сделать иначе – 1nбив4хр – один бивалент, состоящий из 4 хроматид).

В метафазе мейоза 1 биваленты хромосом располагаются в экваториальной плоскости клетки. В этот момент спирализация их достигает максимума. Седержание генетического материала не изменяется (2n2хр, или 1nбив4хр).

В анафазе мейоза 1 гомологичные хромосомы, состоящие из двух хроматид, окончательно отходят друг от друга и расходятся к полюсам клетки. Следовательно, из каждой пары гомологичных хромосом в дочернюю клетку попадает только одна – число хромосом уменьшается вдвое (происходит редукция). Содержание генетического материала становится 1n2хр у каждого полюса.

В телофазе происходит формирование ядер и разделение цитоплазмы – образуются две дочерние клетки. Дочерние клетки содержат гаплоилный набор хромосом, каждая хромосома – две хроматиды (1n2хр).

Интеркинез – короткий промежуток между первым и вторым мейотическими делениями. В это время не происходит репликации ДНК, и две дочерние клетки быстро вступает в мейоз 2, протекающий по типу митоза.

В профазе мейоза 2 происходит незначительная спирализация хромосом (в интеркинезе они не успевают деспирализоваться). В метафазе хромосомы располагаются в экваториальной плоскости. Изменений содержания генетического материала не происходит (1n2хр). В анафазе мейоза 2 хроматиды каждой хромосомы отходят к противоположным полюсам клетки и содержание генетического метериала у каждого полюса становится 1n1хр. В телофазе образуются 4 гаплоидные клетки (1n1хр).

В митоз и мейоз вступают соматические клетки с одинаковым набором генетического материала (2n2хр). В митозе и мейозе различают одинаковые фазы деления, в которых происходят сходные процессы – спирализация хроматина, растворение ядрышек и ядерных оболочек, образование ахроматинового веретена деления и т.п.

Различия между митозом и мейозом

Между митозом и мейозом имеются и существенные различия. Митоз – это одно деление клетки, а мейоз – два следующие друг за другом деления. В результате митоза из одной диплоидной материнской клетки образуются две дочерние клетки с диплоидным набором хромосом, а при мейозе – 4 клетки с гаплоидным набором хромосом. Кроме того, в профазе мейоза 1 происходит кроссинговер, а в анафазах – случайное отхождение хромосом и хроматид к тому или иному полюсу, что приводит к комбинативной изменчивости.

Оставьте комментарий