Деление клетки

Главные явления в процессах воспроизведения живого – это ауторепродукция наследственных структур и последующее деление клетки. Эти явления направлены на то, чтобы дочерние клетки получили всю полноту генетической информации. В основе ауторепродукции лежат процессы самоудвоения молекул ДНК, без чего нельзя было бы во всей полноте воспроизвести генетическую информацию, свойственную исходной клетке. О механизме самоудвоения ДНК мы поговорим позднее, сейчас же на примере эукариотических клеток рассмотрим вопрос о том, что происходит с генетическим материалом клеток при их делении.

Деление клетки начинается с деления ядра, расхождения дочерних ядер к разным полюсам клетки, затем происходит разделение цитоплазмы.

Способы деления эукариотических клеток: митоз, мейоз, амитоз

Митоз — основной способ деления эукариотических клеток, при котором сначала происходит удвоение, а затем равномерное распределение между дочерними клетками наследственного материала. Длительность митоза различна у разных клеток, но обычно не превышает 10 минут. Митоз характерен для соматических клеток и позволяет сохранять диплоидное число хромосом в этих клетках во всех последующих поколениях.

Митоз представляет собой непрерывный процесс, в котором выделяют четыре фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Перед митозом происходит подготовка клетки к делению, или интерфаза. Период подготовки клетки к митозу и собственно митоз вместе составляют клеточный (митотический) цикл. Ниже приводится краткая характеристика фаз цикла.

Интерфаза состоит из трех периодов: пресинтетического, или постмитотического, — G1, синтетического — S, постсинтетического, или премитотического, — G2.

Пресинтетический период (2n 2c, где n — число хромосом, с — число молекул ДНК) — Клетка только что поделилась

Идут процессы синтеза белков, жиров, нуклеиновых кислот и углеводов

Синтезируются и развиваются клеточные органеллы (размножаются митохондрии, развивается система ЭПР, синтезируются органоиды движения и пр.)

Клетка выполняет свою физиологическую функцию в организме (например, что-нибудь секретирует)

Запасаются необходимые мономеры (нуклеотиды) для репликации ДНК

Синтезируются ферменты, которые будут осуществлять удвоение генетического материала

Синтетический период (2n 4c) — репликация ДНК.

Постсинтетический (G2) период (2n 4c) — подготовка клетки к митозу, синтез и накопление белков и энергии для предстоящего деления, увеличение количества органоидов, удвоение центриолей.

Клетка перед митозом.

Каких-либо особенностей в клетке не видно, за исключением разделившейся центриоли.

Собственно митоз начинается с конденсации хроматина в хромосомы, которые становятся видными в ядре. Еще раз обращаем внимание на то, что каждая хромосома входит в митоз уже разделенной на две хроматиды. Поэтому в митозе собственно происходит лишь распределение хроматид в дочерние клетки.

Профаза (2n 4c) — демонтаж ядерных мембран, расхождение центриолей к разным полюсам клетки, формирование нитей веретена деления, «исчезновение» ядрышек, конденсация двухроматидных хромосом.

Метафаза (2n 4c) — выстраивание максимально конденсированных двухроматидных хромосом в экваториальной плоскости клетки (метафазная пластинка), прикрепление нитей веретена деления одним концом к центриолям, другим — к центромерам хромосом.

Анафаза (4n 4c) — деление двухроматидных хромосом на хроматиды и расхождение этих сестринских хроматид к противоположным полюсам клетки (при этом хроматиды становятся самостоятельными однохроматидными хромосомами).

Телофаза (2n 2c в каждой дочерней клетке) — деконденсация хромосом, образование вокруг каждой группы хромосом ядерных мембран, распад нитей веретена деления, появление ядрышка, деление цитоплазмы (цитотомия). Цитотомия в животных клетках происходит за счет борозды деления, в растительных клетках — за счет клеточной пластинки.

Биологическое значение митоза. Образовавшиеся в результате этого способа деления дочерние клетки являются генетически идентичными материнской. Митоз обеспечивает постоянство хромосомного набора в ряду поколений клеток. Лежит в основе таких процессов, как рост, регенерация, бесполое размножение и др.

Существует регулирующий механизм, который позволяет сохранять постоянство объема генетической информации по поколениям организмов. Таким механизмом служит мейоз, который предшествует образованию как женских, так и мужских половых клеток. Мейоз — это особый способ деления эукариотических клеток, в результате которого происходит переход клеток из диплоидного состояния в гаплоидное.

Итак, давайте еще раз вспомним, В чем значение процесса обычного клеточного деления - митоза? Клеток становится больше. При этом все образующиеся клетки генетически однородны!

Многоклеточные организмы развиваются из зиготы именно благодаря митозу

Регенерация и заживление ран происходит за счет митоза

Что значит «генетически однородны»? Допустим, в материнской клетке находится 4 хромосомы

В S-периоде интерфазы эти хромосомы удваиваются. Их остается 4, просто теперь каждая состоит из двух хроматид

В ходе митоза хроматиды расходятся к разным полюсам делящейся клетки и в конечном счете становятся хромосомами дочерних клеток. В каждой клетке по 4!

В ходе митоза хроматиды расходятся к разным полюсам делящейся клетки и в конечном счете становятся хромосомами дочерних клеток. В каждой клетке по 4!

В мейозе все несколько по-другому.. В результате мейоза образуются генетически разнородные клетки

Количество генетического материала в каждой дочерней клетке уменьшается вдвое!

Деление не одно – а два подряд!!

А всего клеток образуется 4 (четыре)!!!

Начинается все практически так же.. Есть клетка. В ней те же 4 хромосомы.. В S-периоде они так же удваиваются и тоже теперь состоят из двух хроматид.. НО!

Мейоз состоит из двух клеточных делений при одном синтезе ДНК.

При первом делении гомологи каждой пары хромосом, имеющие после синтеза ДНК в интерфазе по две хроматиды конъюгируют, т.е. плотно прижимаются друг к друга. Эта конъюгация гомологичных хромосом отличается удивительной точностью, осуществляясь на молекулярном уровне. В процессе этой конъюгации между хроматидами гомологичных хромосом происходит кроссинговер, т.е. обмен гомологичными участками между несестринскими хроматидами.

В дальнейшем между хроматидами возникает отталкивание, и пары сестринских хроматид отделяются друг от друга, оставаясь связанными в центромере и образуя тетрады.

В ооцитах ряда позвоночных, которым свойственен длительный период развития и накопления запасных веществ, процессы мейоза задерживаются на этой стадии на длительное время. У девочек ооциты достигают этой стадии уже на пятом месяце эмбрионального развития и задерживаются на ней вплоть до овуляции. Таким образом, задержка мейоза на этой стадии у женщин в целом составляет период времени от ~ 12 лет (наступление первой овуляции) до ~ 50 лет (окончания периода овуляции).

На следующей стадии мейоза тетрады располагаются по экватору клетки, ядерная оболочка растворяется, к центромерам хромосом прикрепляется нить веретена, и хромосомы расходятся к полюсам. После первого деления хромосомы частично деспирализуются, образуется ядерная оболочка, и клетка переходит в состояние интерфазы. Как правило, эта стадия является короткой и в отличие от обычного митоза в ней не происходит синтез ДНК.

Наступает второе деление. Вновь растворяется ядерная мембрана, хромосомы располагаются по экватору, происходит деление центромера и освобожденные хроматиды идут к разным полюсам. В результате этих процессов число хромосом уменьшается вдвое, набор хромосом становится гаплоидным, т.к. из каждой пары хромосом в гамету в виде одиночной хроматиды попадает только один гомолог.

Из описания мейоза видно, что он представляет собой видоизмененный митоз для целей обеспечения полового размножения. Различия между ними состоят в том, что на протяжении двух последовательных делений только перед первым имеет место синтез ДНК. Два деления мейоза рассортировывают четыре исходно имевшиеся хроматиды в каждую из четырех образующихся половых клеток, в результате чего все они получают по редуцированному гаплоидному набору хромосом.