Жизненный цикл клетки. Митоз. Амитоз
Все живые организмы состоят из клеток. Это могут быть как одноклеточные организмы, так и многоклеточные.
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.
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.
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.
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).
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, вырабатывают 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 (АА), либо в альтернативном (Аа). Причём, каждая нить при этом — однохроматидная — 1с, 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 периодинтерфазы, после удвоения каждой из хроматиновых нитей ДНК, их общий набор не меняется, он остаётся прежним диплоидным (2n), но уже не 2с, 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.
Такого происходить не должно, так как клетка и организм должны иметь тот же набор хромосом, присущий данному виду.
После полного удвоения хромосом наступает постсинтетическийпериод.
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.
Такие компактные хромосомы существуют недолго и служат лишь для равномерного распределения удвоенного генетического материала по двум новым ядрам будущих двух клеток.
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.
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.
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 цитоскелета, 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 – метафазу нити веретена деления от центросом прикрепляются к центромере каждой хромосомы.
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.
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 деспирализуются и становятся доступными для транскрипции.
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 белковыхактиновых и миозиновыхфиламентов. Перетяжка углубляется до тех пор, пока не происходит разделения двух дочерних клеток.
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.
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.
При амитозе ядро начинает делиться 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.
Мейоз. Гаметогенез
Бесполое размножение позволяет быстро увеличить численность вида. Но при таком способе размножения все потомки имеют абсолютно такой же генотип, что и родительская особь. Поэтому при бесполом размножении не происходит увеличение генетического разнообразия, которое может оказаться очень полезным при изменении условий существования вида.
По этой причине большинство живых организмов на Земле размножаются половым путём.
Сущность полового размножения заключается в слиянии генетической информации родителей, благодаря чему генетическое разнообразие в потомстве увеличивается.
Этот особый вид деления называется мейозом.
При мейозе число хромосом в дочерних клетках уменьшается в два раза. Это необходимо для постоянства числа хромосом в клетках организма при половом размножении.
То есть диплоидный набор хромосом человека равен 46. Новый человеческий организм возникает в момент слияния гамет яйцеклетки и сперматозоида. Для того чтобы в клетках будущего ребёнка так же было по 46 хромосом, необходимо чтобы в гаметах яйцеклетке и сперматозоиде было по гаплоидному набору хромосом, то есть по 23 хромосомы.
Процесс образования гамет называется мейозом.
Мейоз состоит из двух быстроследующих друг за другом клеточных делений. Мейоз I (первое деление) и мейоз II (второе деление).
Мейоз I и мейоз II делятся на те же фазы, что и митоз. На профазу, метафазу, анафазу и телофазу.
Прежде чем вступить в мейоз делящаяся клетка проходит через интерфазу.
В ходе эс-фазы ДНК в клетке удваивается благодаря репликации.
Такие удвоенные хромосомы называются сестринскими хроматидами.
В профазу первого деления, гомологичные хромосомы тесно сближаются-коньюгируют.
Гомологичные хромосомы — это хромосомы, которые содержат один и тот же набор генов и сходны по морфологическому строению.
Сближенные гомологичные хромосомы обмениваются одинаковыми участками. Получается так, что ДНК одной гомологичной хромосомы окажется соединённой с ДНК другой гомологичной хромосомы.
Возникают новые сочетания генов и новые комбинации наследственных свойств.
Перекрёст гомологичных хромосом с обменом участками хроматид, называется кроссинговером.
После кроссинговера уже изменённые хромосомы отталкиваются друг от друга, но располагаются парами близко друг к другу.
Одновременно претерпевают изменения и другие клеточные структуры. Ядерная оболочка и ядрышко исчезает. Формируется два полюса деления клетки. Образуются нити веретена деления.
В метафазе первого деления первого мейоза нити веретена деления прикрепляются к центромерам хромосом, которые образуют пары таким образом, что от каждой центромеры идёт лишь одна нить к одному из полюсов клетки.
Во время анафазы I гомологичные хромосомы разделяются и расходятся к разным полюсам клетки. Центромеры не делятся и в итоге расходиться половинный набор хромосом. Каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид.
В телофазе первого деления у полюсов собирается одинарный набор хромосом.
Восстанавливается ядерная оболочка и материнская клетка делиться на две гаплоидные клетки.
Второе деление мейоза следует сразу же после первого.
Оно сходно с митозом только клети содержат гаплоидный набор хромосом. И процессы происходят параллельно в двух клетках.
Профаза II непродолжительна.
Центриоли клеточного центра расходиться к полюсам клетки. Из микротрубочек – белковых структур которые являются частью цитоскилета начинает формироваться веретено деления.
В метафазе II второго деления мейоза хромосомы прикрепляются к нитям веретена деления. К каждой центромере прикрепляется по 2 нити. Хромосомы выстраиваются на экваторе.
В анафазе II как и при митозе, происходит разделение центромер. И каждая хроматида становиться самостоятельной хромосомой.
Нити веретена деления перемещают хромосомы к противоположным полюсам клетки.
В телофазе II второго деления мейоза. Завершается расхождение хромосом к полюсам. И начинается деление самих клеток.
Таким образом, в результате двух делений мейоза из одной диплоидной клетки образуется 4 гаплоидных.
И при этом достигается огромное разнообразие гамет у каждого организма.
Следовательно, зрелые половые клетки содержат гаплоидный набор хромосом. Этим они и отличаются от диплоидных соматических клеток.
Процесс созревания половых клеток ─ гаметогенез
При половом размножении потомство возникает в результате слияния двух гамет.
Гаметы или половые клетки формируются у животных в половых железах. У самцов в семенниках образуются сперматозоиды, а у самок в яичниках яйцеклетки.
Яйцеклетки неподвижны, они обычно крупнее сперматозоидов, так как содержат большие запасы питательных веществ.
Сперматозоиды подвижны. Они состоят из головки, шейки и хвостика. В шейке содержаться митохондрии, в которых образуется АТФ − энергия необходимая для движения. В головке расположено ядро, которое содержит гаплоидный набор хромосом.
Теперь давайте посмотри, как образуются половые клетки.
Процесс образования сперматозоидов называется сперматогенез. Процесс образования яйцеклетки называется оогенез.
Выделяют несколько стадий гаметогенеза.
Первая стадия ─ период размножения.
В первую стадию гаметогенеза первичные половые клетки (сперматогонии и оогонии) делаться митозом.
Сперматогонии превращаются в сперматоциты первого порядка.
А оогоний становится ооцитом первого порядка.
Во второй стадии гаметогенеза – периоде роста клетки увеличиваются в размерах.
Будущие сперматозоиды увеличиваются незначительно, а вот будущие яйцеклетки увеличиваются в несколько раз.
Затем наступает третья стадия формирования гамет – период созревания.
В этот период проходят одно за другим два мейотических деления.
В результате первого деления из одного сперматоцита первого порядка образуется два сперматоцита второго порядка.
После второго деления из каждого сперматоцита второго порядка возникают две гаплоидные клетки — сперматиды. Таким образом, из одной исходной клетки, вступившей в мейоз, образуются четыре сперматиды.
Они имеют гаплоидный набор хромосом. В стадии формирования сперматиды превращаются в сперматозоиды.
Рассмотрим период созревания при оогенезе.
После цитокинеза мейоза получается одна крупная клетка, содержащая практически всю цитоплазму (ооцит второго порядка), другая — мелкая, состоящая по существу из ядра с минимальным количеством цитоплазмы. Эту клетку называют 1-м редукционным тельцем.
После второго деления мейоза, появляется крупная яйцеклетка, или оотида, и 2-е редукционное тельце. Первое редукционное тельце, как правило, тоже делится. Таким образом, возникают четыре гаплоидные клетки.
В отличие от сперматогенеза, где образующиеся в ходе мейоза клетки равноценны друг другу, при формировании женских половых клеток результатом мейоза является одна готовая к оплодотворению яйцеклетка и три редукционных тельца, которые со временем дегенерируют.
Значит у самца в процессе сперматогенеза из диплоидных спермогониев содержащих двойной набор хромосом 2n образуются 4 гаплоидные сперматиды. Из них формируются сперматозоиды, которые также содержат гаплоидный набор хромосом.
У самки в процессе оогенеза, из оогонии (содержащей двойной набор хромосом), образуется ооцит, а затем и гаплоидная яйцеклетка.
Затем половые клетки (гаметы) сперматозоид и яйцеклетка сливаются, образуя зиготу, которая даст начало новому организму.
Дата добавления: 2021-01-20; просмотров: 95; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!