Клетка – генетическая единица живого. Хромосомы.
Жизненный цикл клетки. Митоз. Мейоз.

Хромосомы – структуры клетки, хранящие и передающие наследственную информацию — ДНК(8) и белок (7). Строение хромосомы лучше всего видно в метафазе митоза. Она представляет собой палочковидную структуру и состоит из двух сестринских хроматид (1), удерживаемых центромерой (кинетохором) в области первичной перетяжки (2), которая делит хромосому на 2 плеча (3,4). Иногда бывает вторичная перетяжка (5), в результате которой образуется спутник хромосомы (6).

Отдельные участки молекулы ДНК — гены — ответственны за каждый конкретный признак или свойство организма. Наследственная информация из клетки в клетку передается путем удвоения молекулы ДНК (репликации), транскрипции и трансляции. Главная функция хромосом — хранение и передача наследственной информации, носителем которой является молекула ДНК.

Под микроскопом видно, что хромосомы имеют поперечные полосы, которые чередуются в различных хромосомах по-разному. Распознают пары хромосом, учитывая распределение, светлых и темных полос (чередование АТ и ГЦ – пар). Поперечной исчерченностью обладают хромосомы представителей разных видов. У родственных видов, например у человека и шимпанзе, сходный характер чередования полос в хромосомах.

Во всех соматических клетках любого растительного или животного организма число хромосом одинаково. Половые клетки (гаметы) всегда содержат вдвое меньше хромосом, чем соматические клетки данного вида организмов.
В кариотипе человека 46 хромосом – 44 аутосомы и 2 половые хромосомы. Муж-чины гетерогаметны (половые хромосомы ХУ), а женщины гомогаметны (половые хромосомы XX). У-хромосома отличается от Х-хромосомы отсутствием некоторых аллелей. Хромосомы одной пары называются гомологичными, если они в одинаковых локусах (местах расположения) несут аллельные гены.

У всех организмов, относящихся к одному виду, число хромосом в клетках одинаково. Число хромосом не является видоспецифическим признаком. Однако хромосомный набор в целом видоспецифичен, т. е. свойствен только одному какому-то виду организмов растений или животных.

Кариотип — совокупность внешних количественных и качественных признаков хромосомного набора (число, форма, размер хромосом) соматической клетки, характерных для данного вида.

Деление клеток — биологический процесс, лежащий в основе раз-множения и индивидуального развития всех живых организмов, а также процесс увеличения числа клеток путем деления исходной клетки.

Способы деления клеток:

1.
итоз — прямое (простое) деление интерфазного ядра путем перетяжки, которое происходит вне митотического цикла, т. е. не сопровождается сложной перестройкой всей клетки, а также спирализацией хромосом. Амитоз может сопровождаться делением клетки, а может ограничиваться лишь делением ядра без разделения цитоплазмы, что приводит к образованию дву- и многоядерных клеток. Клетка, претерпевшая амитоз, в дальнейшем не способна вступить в нормальный митотический цикл. По сравнению с митозом амитоз встречается довольно редко. В норме он наблюдается в высокоспециализированных тканях, клетках, которым предстоит делиться: в эпителии и печени позвоночных, зародышевых оболочках млекопитающих, клетках эндосперма семян растений. Амитоз наблюдается также при необходимости быстрого восстановления тканей (после операций и травм). Амитозом также часто делятся клетки злокачественных опухолей.
2. Митоз — непрямое деление, при котором исходно диплоидная клетка дает две дочерние, также диплоидные клетки; характерен для соматических клеток (клеток тела) всех эукариот (растений и животных); это универсальный тип деления.
3. Мейоз — осуществляется при образовании половых клеток у животных и спор у растений.

Жизненный цикл клетки (клеточный цикл) – время существования клетки от деления до следующего деления, или от деления до смерти. Для разных типов клеток клеточный цикл различен.

В организме млекопитающих и человека различают следующие три группы клеток, локализующиеся в разных тканях и органах:
— часто делящиеся клетки — малодифференцированные клетки эпителия кишечника, базальные клетки эпидермиса и другие;
— редко делящиеся клетки — клетки печени (гепатоциты), почек (клетки нефронов);
— не делящиеся клетки (нервные клетки центральной нервной системы, меланоциты и другие).

Это деление в значительной степени условно, так как запуск процессов деления осуществляется организмом применительно к конкретным обстоятельствам. К примеру, недавними исследованиями доказано, что нервные клетки на самом деле обновляются, то есть делятся.

Жизненный цикл у часто делящихся клеток – это время их существования от начала деления до следующего деления. Жизненный цикл таких клеток нередко называют митотическим циклом. Такой клеточный цикл подразделяется на два основных периода:
— митоз или период деления;
— интерфаза – промежуток жизни клетки между двумя делениями.

Интерфаза

Интерфаза – период между двумя делениями, когда клетка готовится к делению: удваивается количество ДНК в хромосомах, увеличивается количество других органоидов, синтезируются белки, происходит рост клетки.

К концу интерфазы каждая хромосома состоит из двух хроматид, которые в процессе митоза станут самостоятельными хромосомами.

Периоды интерфазы:

1. Пресинтетический период (G1) — период подготовки к синтезу ДНК после завершения митоза. Происходит образование РНК, белков, ферментов син-теза ДНК, увеличивается количество органоидов. Содержание хромосом (п) и ДНК (с) равно 2п2с.

2. Синтетический период (S-фаза). Происходит репликация (удвоение, синтез ДНК). В результате работы ДНК-полимераз для каждой из хромосом хромо-сомный набор становится 2п4с. Так образуются двух хроматидные хромосомы.

3. Постсинтетический период (G2) — время от окончания синтеза ДНК до начала митоза. Завершается подготовка клетки к митозу, удваиваются центриоли, синтезируются белки, завершается рост клетки.

Митоз – это форма деления клеточного ядра, происходит он только в эукариотических клетках. В результате митоза каждое из образующихся дочерних ядер получает тот же набор генов, который имела родительская клетка. В митоз могут вступать как диплоидные, так и гаплоидные ядра. При митозе получаются ядра той же плоидности, что и исходное.

Открыт с помощью светового микроскопа в 1874 г. русским ученым И. Д. Чистяковым в растительных клетках.

В 1878 г. В. Флеммингом и русским ученым П. П. Перемежко этот процесс обнаружен в животных клетках. У животных клеток митоз длится 30-60 мин, у растительных — 2-3 ч.

Митоз состоит из четырех фаз:

1. профаза — двухроматидные хромосомы спирализуются и становятся заметными, ядрышко и ядерная оболочка распадаются, образуются нити веретена деления. Клеточный центр делится на две центриоли, расходящиеся к полюсам.
2. метафаза — фаза скопления хромосом на экваторе клетки: нити веретена деления идут от полюсов и присоединяются к центромерам хромосом: к каждой хро-мосоме подходят две нити, идущие от двух полюсов.
3. анафаза — фаза расхождения хромосом, в которой центромеры делятся, а однохроматидные хромосомы растягиваются нитями веретена деления к полюсам клетки; самая короткая фаза митоза.
4. телофаза — окончание деления, движение хромосом заканчивается, и происходит их деспирализация (раскручивание в тонкие нити), формируется ядрышко, восстанавливается ядерная оболочка, на экваторе закладывается перегородка (у растительных клеток) или перетяжка (у животных клеток), нити веретена деления растворяются.

Цитокинез – процесс разделения цитоплазмы. Клеточная мембрана в центральной части клетки втягивается внутрь. Образуется борозда деления, по мере углубления которой клетка раздваивается.
В результате митоза образуются два новых ядра с идентичными наборами хромосом, точно копирующими генетическую информацию материнского ядра.
В опухолевых клетках ход митоза нарушается.

В результате митоза из одной диплоидной клетки, имеющей двухроматидные хромосомы и удвоенное количество ДНК (2n4с), образуются две дочерние диплоидные клетки с однохроматидными хромосомами и одинарным количеством ДНК (2n2с), которые затем вступают интерфазу. Так образуются соматические клетки (клетки тела) организма растения, животного или человека.

Таблица фаз митоза

Мейоз

меоза, идущего по типу митоза, и которое называется эквационное деление. Интерфазы в данном случае нет, так как хромосомы двухроматидные, молекулы ДНК удвоены.
д) профаза II – завершение г)
е) в метафазе II двухроматидные хромосомы располагаются по экватору, при этом деление происходит сразу в двух дочерних клетках
ж) в анафазе II к полюсам отходят уже однохроматидные хромосомы
з) в телофазе II в четырех дочерних клетках формируются ядра и перегородки между клетками.

Таким образом, в результате мейоза из исходной клетки (2n2c→2n4c) получаются четыре гаплоидные клетки с однохроматидными хромосомами (nc): это либо половые клетки (гаметы) животных, либо споры растений.

Таблица фаз мейоза

Биологическое значение мейоза заключается в том, что уменьшение числа хромосом необходимо при образовании половых клеток, поскольку при оплодотворении ядра гаметы сливаются. Если бы редукции не происходило, то в зиготе (следовательно, и во всех клетках дочернего организма) хромосом становилось бы вдвое больше. Одна-ко это противоречит правилу постоянства числа хромосом.

Развитие половых клеток.

Процесс формирования половых клеток называется гаметогенезом. У многоклеточных организмов различают сперматогенез – формирование мужских половых клеток и овогенез – формирование женских половых клеток. Рассмотрим гаметогенез, происходящий в половых железах животных – семенниках и яичниках.

развития зародыша. У мхов и папоротников яйцеклетки развиваются в архегониях, у цветковых растений – в семяпочках, локализованных в завязи цветка.

 

Опыление — перенос пыльцы с пыльников на рыльце пестика (это не оплодотворе-ние!!!!).

Оплодотворение — это процесс слияния яйцеклетки и сперматозоида, в результате чего образуется зигота – зародышевая клетка или первая клетка нового организма.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Источник: in-natura.ru

Определение митоза

Митоз — это тип деления клеток, при котором одна материнская делится, чтобы произвести две новые генетически идентичные дочерние. В контексте клеточного цикла митоз является частью процесса деления, происходящего последовательно, при котором ДНК ядра разделяется на два равных набора хромосом:

• Во время митоза одна клетка делится один раз, чтобы сформировать две одинаковые.
• Главной целью митоза является рост и замена изношенных клеток.
• Если не исправить ошибки, возникшие во время митоза, это вызовет изменения в ДНК, что приведёт к генетическим нарушениям.

В процессе продолжительного развития и роста митоз наполняет организм клетками, а на протяжении всей жизни он заменяет старые изношенные новыми. Для одноклеточных эукариот, каковыми являются дрожжи, митотические деления фактически являются основой размножения, добавляя в популяцию новых особей.

Митоз у животных впервые смог открыть В.Флемминг в 1882 году, а в 1888 году Э. Страсбургер у растений.

Стадии деления клеток

Митоз состоит из четырёх основных стадий. Они имеют чёткую очерёдность:

• профаза;
• метафаза;
• анафаза;
• телофаза.

Здесь часто возникают расхождения, поскольку некоторые учебники перечисляют 5, разбивая профазу на раннюю фазу (интерфазу) и позднюю фазу (называемую прометафазой). Они происходят в строгом последовательном порядке, а также цитокинез, который начинается в анафазе или телофазе. Для того чтобы стало понятно, какими характеристиками обладают фазы, следует рассмотреть кратко сущность каждой из них.

Интерфаза

Почти 80% продолжительности жизни клетки тратится в межфазной стадии митоза. На этом этапе деление нет, но происходит период роста и подготовка к делению. ДНК дублируется во время этой фазы, создавая две копии каждой цепи, называемой хромосомой — молекулой ДНК, которая несёт всю или часть наследственной информации организма.

Можно перечислить стадии, характерные для интерфазы. Они разделены на:

• фазу G1,
• фазу S,
• фазу G2.

Фаза G1 — это период до синтеза ДНК, в течение которого клетка увеличивается в размерах. Во время фаз G1 клетки растут и контролируют свою среду, чтобы определить, следует ли им инициировать ещё один раунд деления.

Профаза

После подготовительной стадии интерфазы профазу считают первой истинной стадией митотического процесса. Во время ранней профазы клетка начинает разрушать одни структуры и создавать другие, готовясь к делению хромосом. Дублированные хромосомы из межфазной стадии конденсируются. Это означает, что они уплотняются и плотно наматываются. Ядерная оболочка разрушается, и на краях делящейся клетки формируется аппарат, известный как митотическое веретено.

Шпиндель состоит из сильных белков, называемых микротрубочками, которые являются частью «скелета» клетки и управляют делением посредством удлинения. Шпиндель постепенно удлиняется во время профазы. Его смысл заключается в организации хромосом и их перемещении во время деления.

К концу профазы ядерная оболочка разрушается, и микротрубочки достигают от каждого полюса до экватора. Кинетохоры, специализированные области в центромерах хромосом, — области ДНК, где сестринские хроматиды наиболее тесно связаны — прикрепляются к типу микротрубочек, называемых волокнами кинетохор. Эти волокна взаимодействуют с полярными волокнами веретена, соединяя кинетохоры с полярными волокнами, что стимулирует миграцию хромосом к ядру. Эту часть процесса иногда называют прометафазой, потому что она происходит непосредственно перед метафазой.

Метафаза

В самом начале метафазной стадии пары конденсированных хромосом выстраиваются вдоль экватора вытянутой клетки. Поскольку они уплотнены, они могут двигаться легче, не запутываясь.

Во время метафазы ядерная мембрана полностью исчезает. В клетках животных две пары центриолей располагаются на противоположных полюсах, а полярные волокна продолжают простираться от полюсов к центру. Хромосомы движутся случайным образом до тех пор, пока они не прикрепятся с обеих сторон их центромер к полярным волокнам.

Хромосомы располагаются на метафазной пластинке под прямым углом к ​​полюсам веретена и удерживаются там равными силами полярных волокон, оказывающих давление на центромеры хромосом. Метафазная пластинка не является физической структурой — это просто термин для плоскости, в которой расположены хромосомы.

Прежде чем перейти к следующей стадии анафазы, происходит проверка, все ли хромосомы находятся на метафазной пластинке, а кинетохоры правильно прикреплены к микротрубочкам. Это называется контрольной точкой шпинделя. Она обеспечивает равномерное распределение пар хромосом, также называемых сестринскими хроматидами, между двумя дочерними на стадии анафазы. Если хромосома неправильно выровнена или прикреплена, деление прекратится до тех пор, пока проблема не будет решена.

В редких случаях она не прекращает деление, и при митозе допускаются ошибки. Это может привести к изменениям ДНК, которые потенциально могут привести к генетическим нарушениям.

Анафаза

Во время анафазы сестринские хроматиды тянутся к противоположным полюсам (концам) вытянутой клетки. Белковый «клей», удерживающий их вместе, разрушается, позволяя им развалиться. Это означает, что дубликаты ДНК клетки оказываются по обе стороны от клетки и готовы полностью разделиться. Каждая сестринская хроматида теперь является собственной «полной» хромосомой. Теперь они называются дочерними хромосомами. На этом этапе микротрубочки становятся короче, что позволяет начать процесс разделения клеток.

Дочерние хромосомы проходят через механизм веретена, чтобы достичь противоположных полюсов. Когда хромосомы приближаются к полюсу, они сначала мигрируют центромерами, а волокна кинетохор сокращаются.

Телофаза

На заключительной стадии телофазы деление практически завершено. Оболочка ядра, которая ранее была разрушена, чтобы позволить микротрубочкам получить доступ и рекрутировать хромосомы к экватору делящейся клетки, превращается в две новые ядерные оболочки вокруг разделённых сестринских хроматид. Телофазу ещё называют обратной профазой, потому что во время профазы происходит спирализация и укорочение хромосом, а во время телофазы — деспирализация

Полярные волокна продолжают удлиняться, и ядра начинают формироваться на противоположных полюсах, создавая ядерные оболочки из оставшихся частей ядерной оболочки родительской клетки, плюс части эндомембранной системы. Митотический веретен распадается на свои строительные блоки, и образуются два новых ядра — по одному на каждый набор хромосом. Во время этого процесса вновь появляются ядерные мембраны и ядрышки, и хроматиновые волокна хромосом раскрываются, возвращаясь к своей прежней нитевидной форме.

После телофазы митоз практически завершён — удвоение произошло. Тем не менее, деление не завершено, пока не произойдёт цитокинез.

Цитокинез

Цитокинез — это деление цитоплазмы, начинающееся до окончания анафазы и заканчивающееся вскоре после телофазной стадии митоза.

Во время цитокинеза кольцо белков, называемых актином и миозином (те же белки, что и в мышцах), сжимает вытянутую клетку в две совершенно новые. Группа нитей из белка под названием актин ответственна за защемление, создавая складку, так называемую борозду расщепления.

Процесс отличается в растениях, потому что они имеют клеточную стенку и слишком жёсткие, чтобы делиться таким образом. В растительных клетках структура, называемая клеточной пластинкой, формируется в их середине, разделяя её на две дочерние с новой стенкой между ними.

В этот момент цитоплазма поровну поделена между двумя новыми клетками, каждая из которых генетически идентична, содержит собственное ядро ​​и полную копию ДНК организма. Теперь они начинают свой собственный путь и могут сами повторять процесс митоза в зависимости от того, кем они становятся.

Таблица по фазам

Фаза	Процесс
Профаза	Хромосомы становятся видимыми в результате спирализации. Каждая хромосома состоит из двух хроматид. Ядерная оболочка и ядрышко разрушаются.
Метафаза	Хромосомы располагаются по экватору, образуется двухполюсное митотическое веретено.
Анафаза	Центромеры делятся и хроматиды расходятся с помощью нитей митотического веретена к полюсам.
Телофаза	Исчезает митотическое веретено. Вокруг разошедшихся хромосом образуются новые ядерные оболочки. Образование двух клеток.

Последовательная схема

Биологическое значение

Митоз является одним из способов репликации в биологии. У одноклеточных организмов митоз является единственной жизнеспособной формой размножения. У сложных организмов роль митоза заключается в восстановлении повреждённых тканей и помощи организму осуществлять рост. Основными целями митоза являются:

• Бесполое размножение. В одноклеточном организме (амёбе) митоз — это способ размножения.
• Рост. По мере старения растений и животных, большинство из них увеличивается в размерах. Митоз создаёт клетки, необходимые для увеличения массы тела, а также большее их число, чтобы справиться с ростом, например, новые клетки крови. Особенностью является то, что не все клетки человеческого организма подвергаются митозу или другим формам размножения, например, нервные и мышечные.
• Регенерация. Некоторые животные могут регенерировать части тела. Когда организм получает травму, возникает процесс деления, чтобы заменить повреждённые клетки. Этот ремонт особенно важен для кожи и кровеносных сосудов, которые защищают и насыщают кислородом мышцы и органы в организме. Митоз также помогает заменить кровь, потерянную через рану. В некоторых организмах, таких как ящерицы, митоз может заменить целые потерянные конечности, такие как хвосты или ноги.
• Ошибки. Поскольку митоз так важен для восстановления и роста, при появлении ошибок возникают серьёзные проблемы. Одной из основных разновидностей осложнений является рак. Мутации в ДНК могут происходить во время процесса митоза, и если они не пойманы, могут возникнуть раковые клетки. Ошибки также могут возникать во время развития плода, что приводит к хромосомным расстройствам, таким как синдром Дауна и синдром Тёрнера.

Эукариоты и прокариоты

Митоз встречается только в эукариотах. Прокариоты, в которых отсутствует ядро, делятся с помощью другого процесса, называемого бинарным делением. Митоз варьируется между организмами. Например, в организме животных происходит открытый митоз, где ядерная оболочка разрушается до того, как хромосомы отделяются, тогда как грибы подвергаются закрытому митозу, где хромосомы делятся внутри неповреждённого ядра.

Большое количество клеток животных претерпевает изменение формы, известное как округление митотических клеток, чтобы принять почти сферическую морфологию в начале митоза. Большинство клеток человека получаются путём деления митотических клеток. Важные исключения включают гаметы — сперматозоиды и яйцеклетки, которые получаются в процессе мейоза.

Источник: nauka.club

Митоз — непрямое деление

Митотический цикл включает 2 последовательных этапа: интерфазу и митотическое деление.

Интерфаза (стадия покоя) – подготовка клетки к дальнейшему разделению, где совершается дублирование исходного материала, с последующим его равномерным распределением между новообразованными клетками. Она включает 3 периода:

• • Пресинтетический (G-1) G – от английского gar, то есть промежуток, идет подготовка к последующему синтезу ДНК, выработка ферментов. Экспериментально проводилось ингибирование первого периода, вследствие чего клетка не вступала в следующую фазу.
  • Синтетический (S) — основа клеточного цикла. Происходит репликация хромосом и центриолей клеточного центра. Только после этого клетка может перейти к митозу.
  • Постсинтетический (G-2) или премитотический период — происходит накопление иРНК, которая нужна для наступления собственно митотического этапа. В G-2 периоде синтезируются белки (тубулины) – основная составляющая митотического веретена.

После окончания премитотического периода начинается митотическое деление. Процесс включает 4 фазы:

1. Профаза – в этот период разрушается ядрышко, растворяется мембрана ядра (нуклеолема), центриоли располагаются на противоположных полюсах, формируя аппарат для деления. Имеет две подфазы:
   • ранняя — видны нитеобразные тела (хромосомы), они еще не четко отделены друг от друга;
   • поздняя — прослеживаются отдельные части хромосом.
2. Метафаза – начинается с момента разрушения нуклеолемы, когда хромосомы хаотично лежат в цитоплазме и только начинают двигаться к экваториальной плоскости. Между собой все пары хроматид связаны в месте центромеры.
3. Анафаза – в один момент разобщаются все хромосомы и движутся к противоположным точкам клетки. Это короткая и очень важная фаза, поскольку именно в ней происходит точный раздел генетического материала.
4. Телофаза – хромосомы останавливаются, снова образуется ядерная мембрана, ядрышка. Посередине образуется перетяжка, она делит тело материнской клетки на две дочерние, завершая митотический процесс. В новообразованных клетках снова начинается G-2 период.

Мейоз — прямое деление

Существует особый процесс репродукции, встречающийся только в половых клетках (гаметах) – это мейоз (прямое деление). Отличительной чертой для него является отсутствие интерфазы. Мейоз из одной исходной клетки дает четыре, с гаплоидным набором хромосом. Весь процесс прямого деления включает два последовательных этапа, которые состоят из профазы, метафазы, анафазы и телофазы.

Перед началом профазы у половых клетках происходит удвоение исходного материала, таким образом, она становится тетраплоидной.

Профаза 1:

1. Лептотена — хромосомы просматриваются в виде тоненьких ниток, происходит их укорочение.
2. Зиготена — стадия конъюгации гомологичных хромосом, как следствие образуются биваленты. Конъюгация важный момент мейоза, хромосомы максимально сближаются друг с другом, чтобы осуществить кроссинговер.
3. Пахитена — происходит утолщение хромосом, их все большее укорочение, идет кроссинговер (обмен генетической информацией между гомологичными хромосомами, это основа эволюции и наследственной изменчивости).
4. Диплотена – стадия удвоенных нитей, хромосомы каждого бивалента расходятся, сохраняя связь только в области перекреста (хиазмы).
5. Диакинез — ДНК начинает конденсироваться, хромосомы становятся совсем короткими и расходятся.

Профаза заканчивается разрушением нуклеолемы и формированием веретена деления.

Метафаза 1: биваленты расположены посередине клетки.

Анафаза 1:к противоположным полюсам движутся удвоенные хромосомы.

Телофаза 1:завершается процесс деления, клетки получают по 23 бивалента.

Без последующего удвоения материала клетка вступает во второй этап деления.

Профаза 2: снова повторяются все процессы, которые были в профазе 1,а именно конденсация хромосом, что хаотично располагаются между органеллами.

Метафаза 2: две хроматиды, соединенные в месте перекреста (униваленты), располагаются в экваториальной плоскости, создавая пластинку, названную метафазной.

Анафаза 2: — унивалент разделяется на отдельные хроматиды или монады, и они направляются к разным полюсам клетки.

Телофаза 2: процесс деления завершается, формируется ядерная оболочка, и каждая клетка получает по 23 хроматиды.

Мейоз – важный механизм в жизни всех организмов. В результате такого деления мы получаем 4 гаплоидные клетки, которые имеют половину нужного набора хроматид. Во время оплодотворения две гаметы образуют полноценную диплоидную клетку, сохраняя присущей ей кариотип.

Сложно представить наше существования без мейотического деления, иначе все организмы с каждым последующим поколение получали бы удвоенные наборы хромосом.

Источник: animals-world.ru