Воспроизведение клеток

Жизненный цикл клетки – совокупность процессов, протекающих от момента ее появления до деления или гибели. В многоклеточном организме клетки специализированы, т.е. им строго определено строение и функции. В соответствии со специализацией клетки имеют разную продолжительность жизни.

Пример: нервные и мышечные клетки после завершения эмбрионального периода развития перестают делиться, и функционирует на протяжении всей жизни организма. Клетки костного мозга, эпидермиса эпителия тонкого кишечника в процессе своей специфичности они быстро погибают, и поэтому в этих тканях происходит непрерывное клеточное размножение.

Совокупность процессов протекающих в клетке от одного деления до другого включая само деление, называется митотическим циклом. Период в жизнедеятельности клетки от ее образования до начала седлающего деления называется интерфазой. В интерфазе разделяют 3 периода: пресинтетический Q1, синтетический S, постсинтетический Q2.

Q1. В этом периоде идут обменные процессы: синтез РНК, белков-ферментов, АТФ, накопление нуклеотидов ДНК. Клетка растет, выполняет свои обычные функции. Она содержит диплоидный набор хромосом, каждая хромосома состоит из одной хроматиды: 2 n 1хр или 2n 2с – где n-число хромосом, с-количество ДНК (хроматид). Продолжительность этого периода (Q1) может быть от нескольких часов до нескольких лет (десятилетий) в зависимости от типа клетки.

S. В синтетическом периоде в клетке идёт редупликация молодой ДНК. А этом периоде происходит удвоение хроматид и к его завершению содержание генетической информации в клетке становится 2n 4с (диплоидный набор хромосом; каждая хромосома из двух хроматид). Продолжительность периода S – от нескольких минут до 6-12 часов.

Q2. В постсинтетическом периоде завершается подготовка клетки к митотическому делению. Происходит удвоение центриолей; синтез белков и РНК, из которых строится ахроматиновое веретено; завершение роста клетки; увеличивается вязкость цитоплазмы. Содержит ген.инф прежнее: 2n 4с. Продолжительность 3-4 часа.

В интерфазу клетки увеличивается в размерах, и нарушается ядерно – плазматическое отношение, что является основной причиной наступления деления клетки. Деление может быть непрямым - митоз, прямое - амитоз. Часть клеток из фазы Q1 переходит в фазу Q0, эти клетки функционируют и после погибают без деления (эритроциты).

Митоз

Митоз – непрямое деление; основной способ деления эукариотических клеток. Митоз – это деление ядра (клетки), которое приводит к образованию двух дочерних ядер, в каждой из которой имеется такой же набор хромосом, что был и в родительском.

Митоз впервые наблюдал в спорах русский учёный И. Д. Чистяков в 1874 году. Детальное исследование поведения хромосом в митозе выполненные немецким ботаником Э.Страсбургером в 1876 – 1879 г на растениях и гистологом В. Флемингом в 1882 на животных. Митоз представляет собой непрерывный процесс, для удобства изучения биологи делали его на 4 стадии, в зависимости от того как выглядят хромосомы в световом микроскопе.

Фазы митоза («ПроМАТ»)

I Профаза: Увеличивает объем ядра; центриоли расходятся к полюсам клетки, хромосомы спирализируются и становится невозможным считывание генетической информации с ДНК, прекращается синтез РНК. В конце профазы – ядерная оболочка распадается на отдельные фрагменты, края которых смыкаются, образуя пузырьки сходные с ЭКС. Хромосомы свободно лежали в цитоплазме.

II Метафаза: Хромосомы устремляются к экватору клетки, центромерные участки хромосом находятся в одной плоскости. Хромосомы состоят из 2х хроматид, соединяющиеся в центромеры.

III Анафаза. Хроматиды становятся самостоятельными хромосомами. Нити веретена прикрепленные к центриолям, тянул хромосомы к полюсам клетки. В этот момент в клетке находятся 2 диплоидных набора хромосом.

IV Телофаза: Хромосомы у полюсов деспирализируются и становятся плохо видимы или из мембранных структур цитоплазмы образуется ядерная оболочка в ядре формируется ядрышко, происходит деление цитоплазмы (цитомия и цитокинез) и образование двух дочерних клеток.

В клетке животных цитоплазма делится путем перетяжки тела клетки на две меньших размеров, каждой из которых содержит 1 диплоидный набор хромосом.

В клетке растений в области экватора из остатков нитей веретена деления возникает бочковидное образование фрагмопласт. Сюда устремляются пузырьки КГ, которые сливаются друг с др. Содержимое пузырьков образуют клеточную пластинку которая делит клетки на 2 дочерние, а мембрану пузырьков гольджи образует недостающие цитоплазматические мембраны этих клеток. После образуется поперечная мембрана у растений клетки появляется целлюлозная стенка. Продолжительность митоза от 0, 5 до 3 часов. Все дочерние клетки образуются в результате митоза, содержат одинаковый набор хромосом и одни и те же гены. Обе дочерние клетки получают диплоидный набор хромосом.

Биологическое значение митоза:

Постоянство строения и правильность функционирования органов и тканей многоклеточного организма.

Митоз обеспечивает эмбриональное развитие, рост, восстановление организма и тканей после повреждения поддержания структурной целостности тканей при постоянной утрате клеток в процессе их функционирования (замещение погибших эритроцитов, слущившихся клеток кожи, эпителия кишечника)

Амитоз

Амитоз - прямое деление - деление интерфазного ядра путем перетяжки без образования веретена деления. Встречается у одноклеточных организмов (полиплоидные большие ядра инфузорий), а так же в некоторых высокоспециализированных с ослабленной физиологической активностью клеток растений и животных, дегенерирующих. Обречённых на гибель, либо при различных патологических процессах.(злокачественный рост, воспаление). Амитоз может наблюдаться в тканях растущего клубня картофеля и паренхиме черенков листьев. Такой тип деления характерен для клеток печение, хрящевых клеток, роговицы глаза.

К амитозу близко клеточное деление у прокариотов. Бактериальная клетка содержит кольцевую ДНК, прикрепленная к клеточной мембране. Перед делением клетки ДНК реплицируется и образует 2 молодые ДНК, каждая из которых прикреплена к клеточной мембране. Клеточная мембрана врастает между этими двумя молодыми ДНК, так что в конечном итоге в клетке оказывается по 1 идентичной молодой ДНК, такой процесс называется прямое деление.

Мейоз

Мейоз - (от греческого слова meiosis - уменьшение) - форма деления ядра, сопровождающегося уменьшением числа хромосом от диплоидного (2n) до гаплоидного(n). После интерфазы следуют два цикла деления: первое деление мейоза (мейоз I) и второе деление мейоза (мейоз II). Одна диплоидная клетка дает начало четырем гаплоидным клеткам.

Мейоз I состоит из профазы I, метафазы I, анафазы I и телофазы I.

В профазе I парные хромосомы, каждая из которых состоит из двух хромотид подходят друг к другу (коньюгация гомологических хромосом) перекрещиваются(кроссинговер), образуя мостики (хиазмы) затем обмениваются участками. При кроссинговереосуществляется перекомбинация генов. После кроссинговера хромосомы разединяются.

Метафаза I: парные хромосомы располагаются по экватору клетки; к каждой из хромосом прикрепляются нити веретена деления.

Анафаза I: к полюсам клетки расходуются хромосомы из каждой гомологичной пары; число хромосом у каждого полюса становится вдвое меньше, чем в материнской клетке.

Телофаза I: образуются 2 клетки с гаплоидным числом двухроматидных хромосом, поэтому первое деление мейоза называется редукционным.

Интерфаза II: имеется только у животных; репликации ДНК нет.

У многих растений не наблюдается телофазы, интерфазы и клетка из анафазы I переходит в профазу II.

Мейоз II сходен с митозом, отличается только тем, что его проходят клетки с гаплоидным набором хромосом.

Профаза II: в случае отсутствия интерфазы II - эта фаза также отсутствует. Ядрышки и ядерные мембраны разрушаются, а хроматиды укорачиваются и утолщаются. Центриоли, если они имеются, перемещаются к полюсам и концу профазы II появляются новые нити веретена.

Метафаза II: двухроматидные хромосомы располагаются по экватору; процесс идёт сразу в двух дочерних клетках.

Анафаза II: к полюсам отходят однохроматидные хромосомы.

Телофаза II: в четырёх дочерних клетках доминируют ядра и перегородки (в растительных клетках), перетяжки (в животных клетках).

В результате второго деления мейоза образуется 4 клетки гаплоидного набора хромосом (1n 1с) второе деление называется уравнительным (эквационным).

Значение мейоза:

- заключается в поддержании постоянства числа хромосом.Если бы не возникало редукции их числа при гаметогенезе и половые клетки имели диплоидный набор хромосом, то из поколения в поколение возрастало бы это число.

- мейоз создаёт возможность для возникновения в гометах новых комбинацтй генов, что ведёт к генетическим изменениям в потомстве.Это достигается двумя способами; независимым распределением хромосом и кроссинговером.