Жизненный цикл клетки. Митоз и мейоз

Раздел ЕГЭ: 2.7. … Жизненный цикл клетки: интерфаза и митоз. Митоз — деление соматических клеток. Мейоз. Фазы митоза и мейоза. …



Клеточный цикл (жизненный цикл клетки) — время существования клетки от начала одного деления до начала следующего деления, состоит из интерфазы и собственно процесса деления.

Интерфаза — период между делениями, в котором происходят процессы роста и развития клетки, удвоения ДНК, синтеза белков и органических соединений.

жизненный цикл клетки


виды деления клеток

Митоз и амитоз

Митоз (непрямое деление клетки) — процесс равномерного распределения между дочерними клетками ядерного наследственного материала.


В результате митоза из одной материнской клетки с диплоидным (двойным) набором хромосом образуются две диплоидные дочерние клетки, содержащие полную генетическую информацию в том же объёме, что и родительская. Митоз обеспечивает сохранность наследственных признаков и увеличение количества клеток или одноклеточных организмов.

Стадии (фазы) митоза:

  • Профаза — спирализация хромосом, уменьшение их функциональной активности; репликация практически не идёт; разрушение оболочки ядра; образование веретена деления; прикрепление хромосом к нитям веретена деления.
  • Метафаза — спирализация хромосом достигает максимума; хромосомы утрачивают свою функциональную активность, образуют экваториальную пластинку.
  • Анафаза — деление центромер; расхождение по нитям веретена сестринских хромосом. Анафаза заканчивается, когда центромеры достигают полюсов клетки.
  • Телофаза — деспирализация хромосом; образование ядерной оболочки; деление цитоплазмы; между дочерними клетками формируется клеточная стенка.

митоз

Амитоз — прямое деление клетки, при котором ядро делится путём перешнуровки без предшествующей перестройки:

  • хромосомы не проходят цикла спирализации;
  • не образуется веретено деления;
  • клетка делится сразу после репликации ДНК;
  • ДНК между дочерними клетками распределяется неравномерно.

Амитоз проходит быстрее, чем митоз. В результате амитоза увеличивается количество дочерних клеток, но одновременно могут появляться двух- и многоядерные клетки. Амитоз характерен для одноклеточных и некоторых клеток многоклеточных организмов (клетки при патологических состояниях).

Мейоз

Мейоз — способ деления эукариотических клеток, в результате которого из одной материнской клетки образуются четыре дочерние с уменьшенным в два раза набором хромосом. На этапе интерфазы (предшествует мейозу) происходит репликация ДНК с последующим удвоением хромосом. Клетки с диплоидным набором хромосом, каждая состоит из одной хромосомной нити (хромонемы). После интерфазы хромосомы становятся удвоенными, а их диплоидное число 2n сохраняется. Центриоли в клеточном центре удваиваются.

Стадии (фазы) мейоза I (редукционное деление):


  1. Профаза I — спирализация хромосом; конъюгация; кроссинговер; хроматиды начинают расходиться; биваленты обособляются и располагаются по периферии ядра; ядрышко исчезает.
  2. Метафаза I — начинается с момента разрушения ядерной оболочки; биваленты располагаются в экваториальной плоскости, прикреплённые к нитям веретена деления.
  3. Анафаза I — центромеры каждой пары гомологичных хромосом разъединяются, и к полюсам клетки отходят гомологичные хромосомы, состоящие из двух хроматид.
  4. Телофаза I — начинается с достижения хромосомами полюсов клетки (у каждого полюса — п хромосом): происходит редукция числа хромосом; образуется ядерная оболочка; делится цитоплазма; формируется клеточная стенка.

Завершение мейоза I сопровождается образованием двух дочерних клеток, содержащих гаплоидный набор хромосом, которые в свою очередь остаются удвоенными.

Во время кратковременной интерфазы (интеркинеза) не происходит репликация ДНК, нет удвоения хромосомы, две дочерние клетки вступают во второе деление мейоза.

Стадии (фазы) мейоза II (по типу митоза — равное деление):

  1. Профаза II — непродолжительная, так как хроматиды спирализованы.
  2. Метафаза II — образуются экваториальная пластинка, хромосомы, состоящие из двух хроматид, центромерными участками прикрепляются к нитям веретена деления.
  3. Анафаза II — хроматиды расходятся к полюсам клетки.
  4. Телофаза II — образуется ядерная оболочка; делится цитоплазма; формируется клеточная стенка. Образуются четыре гаплоидные клетки.
iv>

мейоз

Мейоз II проходит по типу митоза. В результате мейоза из одной клетки с диплоидным набором хромосом после двух последовательных делений образуются 4n клетки.

Черты мейоза

  1. Редукция числа хромосом (если бы не было уменьшения числа хромосом при образовании половых клеток, то из поколения в поколение их количество возрастало бы и был бы утрачен один из важнейших признаков каждого вида — постоянство числа хромосом),
  2. Конъюгация (сближение и переплетение) гомологичных хромосом.
  3. Рекомбинация генетического материала, обусловленная случайным расхождением материнских и отцовских гомологичных хромо сом в дочерние клетки, а также кроссинговером (процессом обмена участками гомологичных хромосом).

Таким образом, мейоз — непрерывный процесс, состоящий из двух последовательных делений ядра и цитоплазмы, перед которыми репликация происходит только один раз. Энергия и вещества, необходимые для обоих делений мейоза, накапливаются во время интерфазы I.


 

Источник: uchitel.pro

АМИТОЗ (amitosis; греческий отрицательная приставка a-, mitos — нить + -ōsis) прямое деление ядра — деление клеточного ядра на две или несколько частей без образования хромосом и ахроматинового веретена; при амитозе ядерная мембрана и ядрышко сохраняются и ядро продолжает активно функционировать.

Прямое деление ядра впервые описано Ремаком (R. Bemak, 1841); термин «амитоз» предложен Флеммингом (W. Flemming, 1882).

Обычно амитоз начинается с деления ядрышка, затем делится ядро. Деление его может протекать по-разному: либо в ядре появляется перегородка — так называемая ядерная пластинка, либо оно постепенно перешнуровывается, образуя два или несколько дочерних ядер. При помощи цитофотометрических методов исследования установлено, что примерно в 50% случаев амитоза ДНК равномерно распределяется между дочерними ядрами. В других случаях деление заканчивается появлением двух неравных ядер (мероамитоз) или множества мелких неодинаковых ядер (фрагментация и почкование). Вслед за делением ядра происходит деление цитоплазмы (цитотомия) с образованием дочерних клеток (рис. 1); если цитоплазма не делится, возникает одна дву- или многоядерная клетка (рис. 2).

>

Амитоз характерен для ряда высокодифференцированных и специализированных тканей (нейроны вегетативных ганглиев, хрящевые, железистые клетки, лейкоциты крови, клетки эндотелия кровеносных сосудов и другое), а также для клеток злокачественных опухолей.

Беншшгхофф (A. Benninghoff, 1922), исходя из функционального назначения, предложил различать три типа амитоза: генеративный, реактивный и дегенеративный.

Генеративный амитоз — это полноценное деление ядер, после которого становится возможным митоз (см.). Генеративный амитоз наблюдается у некоторых простейших, в полиплоидных ядрах (см. Хромосомный набор); при этом происходит более или менее упорядоченное перераспределение всего наследственного аппарата (например, деление макронуклеуса у инфузорий).

Сходная картина наблюдается при делении некоторых специализированных клеток (печени, эпидермиса, трофобласта и другое), где амитоз предшествует эндомитоз — внутриядерное удвоение набора хромосом (см. Мейоз); образующиеся в результате эндомитоз а полиплоидные ядра подвергаются затем амитозу.

Реактивный амитоз обусловлен влиянием на клетку различных повреждающих факторов — облучения, химических препаратов, температуры и другое. Он может быть вызван нарушениями обменных процессов в клетке (при голодании, денервации ткани и другое). Этот тип амитотического деления ядра, как правило, не завершается цитотомией и приводит к появлению многоядерных клеток. Многие исследователи склонны рассматривать реактивный амитоз как внутриклеточную компенсаторную реакцию, обеспечивающую интенсификацию метаболизма клетки.


Дегенеративный амитоз — деление ядра, связанное с процессами деградации или необратимой дифференциации клетки. При этой форме амитоза происходит фрагментация, или почкование, ядер, не связанная с синтезом ДНК, что в ряде случаев является признаком начинающегося некробиоза тканей.

Вопрос о биологическом значении амитоза окончательно не решен. Однако не возникает сомнений в том, что амитоз — это вторичное явление по сравнению с митозом.

См. также Деление клетки, Клетка.

Библиография: Клишов А. А. Гистогенез, регенерация и опухолевый рост скелетно-мышечной ткани, с. 19, Л., 1971; Кнорре А. Г. Эмбриональный гистогенез, с. 22, Л., 1971; Михайлов В. П. Введение в цитологию, с. 163, Л., 1968; Руководство по цитологии, под ред. А. С. Трошина, т. 2, с. 269, М. — Л., 1966; Bucher О. Die Amitose der tierischen und menschlichen Zelle, Protoplasmalogia, Handb. Protoplasmaforsch., hrsg. v. L. V. Heilbrunn u. F. Weber, Bd 6, Wien, 1959, Bibliogr.

Источник: xn--90aw5c.xn--c1avg

Клеточный цикл

Клеточный цикл – это период жизни клетки от одного деления до другого. Состоит из интерфазы и периодов деления. Продолжительность клеточного цикла у разных организмов разная (у бактерий – 20-30 мин, у клеток эукариот – 10-80 ч).

Интерфаза


Интерфаза (от лат. inter – между, phases – появление) – это период между делениями клетки или от деления до ее гибели. Период от деления клетки до ее гибели характерен для клеток многоклеточного организма, которые после деления утратили способность к нему (эритроциты, нервные клетки и т. п.). Интерфаза занимает приблизительно 90 % времени клеточного цикла.

Интерфаза включает:

1) пресинтетический период (G1) – начинаются интенсивные процессы биосинтеза, клетка растет, увеличивается в размерах. Именно в этом периоде до смерти остаются клетки многоклеточных организмов, которые утратили способность к делению;

2) синтетический (S) – происходит удвоение ДНК, хромосом (клетка становится тетраплоидной), удваиваются центриоли, если они есть;

3) постсинтетический (G2) – в основном прекращаются процессы синтеза в клетке, происходит подготовка клетки к делению.

Деление клетки бывает прямым (амитоз) и непрямым (митоз, мейоз).

Амитоз

Амитоз – прямое деление клеток, при котором не образуется аппарат деления. Ядро делится вследствие кольцевой перетяжки. Не происходит равномерного распределения генетической информации. В природе амитозом делятся макронуклеусы (большие ядра) инфузорий, клетки плаценты у млекопитающих. Амитозом могут делиться клетки раковых опухолей.


Непрямое деление связано с образованием аппарата деления. В аппарат деления входят компоненты, которые обеспечивают равномерное распределение хромосом между клетками (веретено деления, центромеры, если есть – центриоли). Деление клетки условно можно разделить на деление ядра (кариокинез) и деление цитоплазмы (цитокинез). Последний начинается к концу деления ядра. Наиболее распространены в природе митоз и мейоз. Иногда встречается эндомитоз – непрямое деление, которое происходит в ядре без разрушения его оболочки.

Митоз

Митоз – это непрямое деление клетки, при котором из материнской образуются две дочерние клетки с идентичным набором генетической информации.

Фазы митоза:

1) профаза – происходит уплотнение хроматина (конденсация), хроматиды спирализируются и укорачиваются (становятся заметными в световой микроскоп), исчезают ядрышки и ядерная оболочка, образуется веретено деления, его нити прикрепляются к центромерам хромосом, центриоли делятся и расходятся к полюсам клетки;

2) метафаза – хромосомы максимально спирализированы и располагаются вдоль экватора (в экваториальной пластинке), гомологичные хромосомы лежат рядом;

3) анафаза – нити веретена деления сокращаются одновременно и растягивают хромосомы к полюсам (хромосомы становятся однохроматидными), самая короткая фаза митоза;


4) телофаза – хромосомы деспирализируются, образуются ядрышки, ядерная оболочка, начинается деление цитоплазмы.

Митоз характерен преимущественно для соматических клеток. Благодаря митозу сохраняется постоянство числа хромосом. Способствует увеличению числа клеток, поэтому наблюдается при росте, регенерации, вегетативном размножении.

Мейоз

Мейоз (от греч. мейозис – уменьшение) – это непрямое редукционное деление клетки, при котором из материнской образуются четыре дочерние, располагающие неидентичной генетической информацией.

Различают два деления: мейоз I и мейоз II. Интерфаза I сходна с интерфазой перед митозом. В постсинтетическом периоде интерфазы процессы синтеза белка не прекращаются и продолжаются в профазе первого деления.

Мейоз I:

профаза I – хромосомы спирализируются, ядрышко и ядерная оболочка исчезают, образуется веретено деления, гомологичные хромосомы сближаются и слипаются вдоль сестринских хроматид (как молния в замке) – происходит конъюгация, при этом образуются тетрады, или биваленты, образуется перекрест хромосом и обмен участками – кроссинговер, потом гомологичные хромосомы отталкиваются одна от другой, но остаются сцепленными в участках, где состоялся кроссинговер; процессы синтеза завершаются;

метафаза I – хромосомы располагаются вдоль экватора, гомологичные –двухроматидные хромосомы располагаются одна напротив другой по обе стороны экватора;

анафаза I – нити веретена деления одновременно сокращаются, растягивают по одной гомологичной двухроматидной хромосоме к полюсам;

телофаза I (если есть) – хромосомы деспирализируются, образуются ядрышко и ядерная оболочка, происходит распределение цитоплазмы (клетки, которые образовались, гаплоидны).

Интерфаза II (если есть): не происходит удвоения ДНК.

Мейоз II:

профаза II – уплотняются хромосомы, исчезают ядрышко и ядерная оболочка, образуется веретено деления;

метафаза II – хромосомы располагаются вдоль экватора;

анафаза II – хромосомы при одновременном сокращении нитей веретена деления расходятся к полюсам;

телофаза II – деспирализируются хромосомы, образуются ядрышко и ядерная оболочка, делится цитоплазма.

Мейоз происходит перед образованием половых клеток. Позволяет при слиянии половых клеток сохранять постоянство числа хромосом вида (кариотип). Обеспечивает комбинативную изменчивость.

Источник: xn—-9sbecybtxb6o.xn--p1ai

Все живые организмы состоят из клеток. Это могут быть как одноклеточные организмы, так и многоклеточные.

Схема амитоза

Клетки должны появиться, затем выполнить предназначенные им функции, и дать начало новым клеткам, то есть поделиться.

Согласно клеточной теории, возникновение новых клеток происходит путём деления предыдущей, материнской клетки.

Схема амитоза

Жизнь клетки от момента её появления и до собственного деления, включая само деление, а также гибель клетки называется жизненным циклом клетки.

В жизненном цикле клетки выделяют два этапа: интерфазу и митоз.

Схема амитоза

Во время интерфазы в клетке осуществляются все жизненно важные процессы: рост, построение органелл, метаболизм, синтез АТФ, синтез ДНК, то есть реализуется наследственная информация. Во время интерфазы клетка готовиться к делению.

Затем происходит само деление клетки – митоз. При котором из исходной родительской клетки образуется две дочерние клетки, с таким же набором хромосом.

Исходя из схемы заметно, что интерфаза занимает гораздо больше времени чем митоз. И это действительно так. Так как интерфаза включает весь период жизнь клетки до момента её деления.

У мышечных и нервных клеток, интерфаза по времени может соответствовать всей жизни самого организма, так как эти клетки не размножаются вовсе.

Схема амитоза

У клеток других видов тканей, например, эпителиальных, весь жизненный цикл короткий, так как эти клетки часто делятся, но интерфаза все же занимает более продолжительное время, чем сам митоз.

Интерфазу подразделяют на три периода: пресинтетический период (G-1), синтетический период (S) и постсинтетический период (G-2).

Схема амитоза

Посмотрим, что происходит в клетке в разные периоды интерфазы.

Пресинтетический период это первая стадия интерфазы. Считается основной по времени жизни клетки.

В это время молодая клетка, образовавшаяся в результате деления материнской, сначала растёт, а потом начинает выполнять все возложенные на неё функции.

Функции клетки зависят от того, к какому типу ткани она относится.

Например, у человека, клетки слюнных желёз, синтезируют фермент амилазу, который необходим для расщепления крахмала.

Клетки поджелудочной железы, вырабатывает белковый гормон инсулин. В эритроцитах образуется гемоглобин.

Во время выполнения функций в клетке происходит копирование информации с отдельных участков хроматиновых нитей ДНК, называемых генами, на все три вида РНК. Это обеспечивает создание необходимых клетке в этот период определённых белков, от которых зависит всё в клетке и организме в целом.

То есть клетки в пресинтетический период реализуют генетическую информацию, заложенную в их ДНК, то есть выполняют предназначенные им функции.

Так же в этот период клетка растёт, накапливает энергию в виде АТФ и вещества для последующего удвоения ДНК.

Отработав положенное время, клетка готовится непосредственно к будущему делению.

Важно заметить, что все соматические клетки (то есть не половые клетки) многоклеточных организмов содержат двойной (диплоидный) набор хроматиновых нитей или ДНК — 2n, (где n — гаплоидный, одинарный набор нитей ДНК, доставшийся клетке при образовании зиготы от каждого из родителей), то есть каждая нить хроматина (ДНК с белками) имеет себе парную — гомологичную.

Почему говорят «гомологичную», а не «идентичную»?

Потому, что у гомологов только сам перечень признаков одинаков, но каждый из признаков может находиться в этих двух гомологах, либо в одинаковом состоянии (А-большое А-большое), либо в альтернативном (А-большое а-малое). Причём, каждая нить при этом — однохроматидная — 1с (1 ц), то есть в 2n хроматиновом (хромосомном) наборе гомологов — 2с хроматиновой информации.

Где n – количество хромосом, c – количество ДНК.

В синтетическом периоде интерфазы, происходит самое главное — удвоение генетического материала — репликация ДНК или редупликация ДНК.

Рассмотрим процесс репликации подробнее.

Реплика́ция — это процесс синтеза дочерней молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты на матрице родительской молекулы ДНК. Этот процесс обеспечивает точную передачу генетической информации из поколения в поколение.

Репликация может начинаться не с любого участка ДНК, а со строго определённого, называемого сайтом инициации репликации.

С сайта инициации при помощи ферментов двойная спираль ДНК начинает расплетаться.

При этом водородные связи между комплементарными азотистыми основаниями аденином и тимином, гуанином и цитозином разрываются специальным ферментом.

Формируется репликационная вилка — место непосредственной репликации ДНК.

Теперь каждая из цепи ДНК становится матрицей, на которой при помощи фермента ДНК-полимеразы по принципу комплементарности синтезируется новая комплементарная цепь.

Так формируются нити ДНК, которые будут являться копиями. В состав каждой из которых входят одна цепочка «материнской» молекулы и одна новосинтезированная «дочерняя» цепочка. 

В синтетический период интерфазы, после удвоения каждой из хроматиновых нитей ДНК, их общий набор не меняется, он остаётся прежним диплоидным (2n), но уже не 2с (2ц), а 4с генетической информации.

Также во время синтетического периода происходит синтез белков, которые необходимы для формирования хромосом.

Удвоение генетического материала (репликация) необходимо, потому, как если бы этого не происходило то вновь образованная клетка имела бы вдвое меньше хромосом, чем материнская клетка.

Схема амитоза

Такого происходить не должно так как клетка и организм должны иметь тот же набор хромосом, присущий данному виду.

После полного удвоения хромосом наступает постсинтетический период.

В это время клетка готовится к делению: синтезируются белки микротрубочек, которые во время митоза будут формировать веретено деления.

Также в течение постсинтетического периода, синтезируются белки-гистоны, обеспечивающие в дальнейшем (уже в самой профазе митоза) полную компактизацию хроматиновых нитей ДНК в укороченные структуры — хромосомы.

Схема амитоза

Такие компактные хромосомы существуют недолго и служат лишь для равномерного распределения удвоенного генетического материала по двум новым ядрам будущих двух клеток.

Схема амитоза

После постсинтетического периода клетка может приступить к митозу.

Митоз – это процесс непрямого деления соматических клеток эукариот, в результате которого наследственный материал сначала удваивается, а затем равномерно распределяется между дочерними клетками.

Схема амитоза

Митоз включает в себя два процесса – деление ядра (кариокинез) и деление цитоплазмы (цитокинез).

Митоз — это непрерывный процесс, но для удобства его подразделяют на четыре последовательные фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу.

Итак, первая стадия митоза профаза.

Схема амитоза

Удвоенные нити ДНК во время репликации синтетического периода соединяются с хромосомными белками и преобразуются в компактные структуры.

Сестринские хроматиды тесно сближены и соединены в том районе хромосомы, который обеспечивает её движение при делении клетки.

Так же в профазе происходит изменение и других клеточных структур. Исчезает ядерная оболочка и ядрышко.

К концу профазы центриоли клеточного центра расходиться к полюсам клетки. Из микротрубочек – белковых структур которые являются частью цитоскилета, начинает формироваться веретено деления.

Вспомним что микротрубочки – это белковые внутриклеточные структуры. Они представляют собой полые цилиндры. Их стенки образованы специально закрученными нитями, построенными из белка тубулина.

Из микротрубочек состоят также центриоли, которые представлены цилиндрами, расположенные перпендикулярно друг другу.

Центриоли в делящихся клетках принимают участие в формировании веретена деления. Веретено деления, обеспечивает расхождение хромосом к полюсам клетки при делении.

Во вторую фазу митоза – метофазу нити веретена деления от центросом прикрепляются к центромере каждой хромосомы.

Схема амитоза

В результате хромосомы выстраиваются на экваторе клетки.

После этого начинается третья стадия митоза ─ анафаза.

Нити веретена деления укорачиваются и тянут хроматиды к полюсам клетки.

При этом каждая хромосома расщепляется на две хроматиды.

Схема амитоза

Таким образом за счёт идентичности дочерних хроматид у двух полюсов клетки оказывается одинаковый генетический материал. Такой же как был в клетке до начала митоза.

В телофазу хромосомы у полюсов клетки диспирализуются и становятся доступными для транскрипции.

Схема амитоза

Начинается синтез белков. Формируются ядерные оболочки и ядрышки.

На этом кариогенез заканчивается и начинается цитокинез.

Цитокинез животной и растительной клетки отличается.

Деление животной клетки происходит путём образования поперечной перетяжки, которая состоит из белковых актиновых и миозиновых филаментов. Перетяжка углубляется до тех пор, пока не происходит разделения двух дочерних клеток.

Схема амитоза

А деление растительной клетки из-за жёсткой клеточной стенки происходит путём образования клеточной пластинки – перегородки.

Деление начинается с перемещения мелких ограниченных мембраной пузырьков из аппарата Гольджи по направлению к экваториальной плоскости клетки. Здесь пузырьки сливаются, образуя дисковидную, окружённую мембраной структуру — раннюю клеточную пластинку. Где концентрируются короткие микротрубочки.

Схема амитоза

За счёт этого продолжается рост клеточной пластинки вплоть до её окончательного слияния с мембраной материнской клетки. После окончательного разделения дочерних клеток в клеточной пластинке откладываются микрофибриллы целлюлозы, которые завершают образование жёсткой клеточной стенки.

Каждая вновь образовавшийся дочерняя клетка вступает в интерфазу нового клеточного цикла.

Благодаря митозу генетическая информация распределяется равномерно между двумя дочерними клетками.

Однако бывают случаи, когда при делении не происходит равномерного распределения ДНК между двумя дочерними клетками. Это прямое деление клеток – амитоз.

Схема амитоза

При амитозе ядро начинает делится без видимых предварительных изменений. Иногда при амитозе не происходит и цитокинеза. В этом случае образуется двуядерная клетка.  

В большинстве случаев амитоз наблюдается в клетках со сниженной митотической активностью: это стареющие или патологически изменённые клетки, часто обречённые на гибель в клетках опухолей, например.  

Источник: videouroki.net