Кратко перечислите процессы которые происходят в клетке

Обновлено: 04.05.2024

Почти все клетки характеризуются наличием определенного жизненного цикла.

Что такое жизненный цикл клетки?

Жизненный цикл — это промежуток жизни клетки, который начинается в момент ее возникновения и заканчивается, когда завершается деление или клетка гибнет.

На протяжении жизненного цикла в клетке происходит множество различных процессов:

рост;
развитие;
дифференциация;
функционирование и др.

Из каких этапов состоит клеточный цикл?

Клеточный цикл включает продолжительный период интерфазы, а также короткие периоды митоза и цитокинеза.

К примеру, лейкоциты характеризуются 10-минутными митозом и цитокинезом, а также более чем 24-часовым промежутком интерфазы.

Интерфаза — это период жизни клетки, на протяжении которого она не делится.

В этот промежуток времени клетки нацелена на поддержание своего гомеостаза и выполнение определенных функций.

В ходе исследований различных групп клеток отдельного организма ученые пришли к выводу, что почти все они находятся в интерфазе. Только 1% клеток задействуется в процессе митоза.

Цикл клетки с делением в конце — характерная особенность большинства разновидностей клеток многоклеточного организма и всех одноклеточных организмов.

Клетки различаются длительностью не только всего цикла, но и отдельных его периодов. Причем эти различия встречаются даже в различных тканях одного организма.

Продолжительность клеточного цикла у людей для эпителиальных клеток — от 10 до 20 суток, для лейкоцитов — 4-5 суток, для клеток костного мозга — от 8 до 12 часов.

Сколько будет жить клетка закладывается генетически и передается по наследству.

Существует определенный этап жизнедеятельности клетки, когда происходит образование специальных белковых молекул. Определенная их концентрация указывает на необходимость деления или гибели.

Периоды интерфазы

Интерфаза является периодом жизненного цикла клетки, который характеризуется ее жизнью, функционированием и подготовкой к делению.

Окончание предыдущего цитокенеза — это начало интерфазы и всего клеточного цикла.

Пресинтетический период

Первый период интерфазы называется пресинтетическим или G₁. Он характеризуется тем, что закодированная в ДНК генетическая информация находится в состоянии максимального функционирования. ДНК отвечает за синтез РНК и белков. Это наиболее длительный период, во время которого происходит рост клеток, дифференциация с выполнением соответствующих функций.

Ядра клеток содержат диплоидный набор хромосом: в каждой из них находится одна молекула ДНК. Генетическая формула клетки в этот период выглядит так: 2n2c (n обозначает гаплоидный набор хромосом, а с — количество копий ДНК).

Синтетический период

Следующий период — синтетический или S. В этот период происходит синтез и удвоение ДНК. Как результат — каждая хромосома включает два хроматида и две дочерние молекулы ДНК (они соединены в участке центромеры). Происходит увеличение количества генов в два раза. Количество белков хроматина тоже увеличивается. Генетическая формула имеет вид — 2n4c.

Важный момент во время подготовки клетки к делению — репликация ДНК. Именно репликация составляет основу и бесполого, и полового размножения. Поэтому только в этом случае можно говорить о непрерывности жизни.

Начало синтетического периода связано с началом синтеза ДНК. Как только начинается удвоение ДНК, клетка теряет возможность вернуться на предыдущий период и имеет только один вариант — деление.

Начало синтетического периода также называют точкой рестрикции. Запуск синтеза ДНК происходит после появления специальных сигнальных молекул белков-активаторов этой фазы. В конце периода, после полной репликации ДНК, происходит разрушение белка-активатора и переход клетки к следующему периоду.

Нейроны и мышечные клетки способны функционировать на протяжении всей жизни организма.

Постсинтетический период

Следующий этап — постсинтетический или G₂. На этом этапе клетки готовятся к процессу митоза. Цитоскелет постепенно разрушается, осуществляется конденсация и спирализация хроматина. Отмечается усиление синтеза АТФ, белков, РНК, липидов и углеводов. Также происходит формирование новых клеточных органелл.

Клетки существенно увеличиваются в размерах. Кроме того, осуществляется синтез специальных белков-регуляторов, которые способствуют тому, чтобы клетка из этого этапа перешла к делению.

Постсинтетический период плавно перетекает в профазу митоза. Это момент, когда с помощью светового микроскопа впервые можно заметить хромосомы, сформированные из хроматина.

Окружающие клетки и гуморальные факторы организма контролирует жизненный цикл клеток многоклеточного организма. Большая роль в процессе регуляции отводится также специальным белкам, которые образует сама клетка под влиянием собственной генетической программы.

Какие процессы происходят в клетке в период интерфазы?

Если перечислять, какие процессы происходят в клетке в период интерфазы и готовят клетку к делению, то обязательно стоит упомянуть спирализацию и сокращение половинок хромосом (хроматид), удвоение центриолей, синтез белков будущего ахроматинового веретена, синтез высокоэнергетических соединений (в частности, АТФ).

Рост клетки завершается. Клетка готова вступить в профазу следующего митоза.

Цитокенез

За митозом следует такой этап клеточного цикла как цитокенез или деление цитоплазмы.

Начинается все с образования по экватору материнской клетки животных организмов перетяжки. Она, в частности, формируется еще в телофазе митоза. Микрофилламенты цитоскелета, образующие сократительное кольцо, формируют перетяжку деления. Кольцо постепенно становится меньше, а перетяжка все больше углубляется по всему периметру. Через определенный промежуток времени происходит деление материнской клетки на две дочерние.

Цитоскелет принимает активное участие в образовании перетяжки и ее углублении, в полном делении дочерних клеток. По окончании цитокенеза в дочерних клетках есть все компоненты материнской клетки.

В случае, если после митоза не происходит цитокенез, образуются многоядерные клетки.

Для всего живого характерны такие процессы, как обмен веществ и энергии, рост и размножение. Живые клетки обладают всеми этими свойствами. В них постоянно осуществляются сложные и многообразные процессы, необходимые для их жизнедеятельности и обеспечения функционирования всего организма.

Каждая живая клетка растет, развивается, реагирует на изменения внешней среды, дышит, поглощает питательные вещества и выделяет продукты обмена веществ. Многие клетки обладают способностью к движению и размножению. Иногда ход этих процессов может нарушаться, что приводит к серьезным изменениям жизнедеятельности клетки.

Дыхание

Клеточное дыхание — это совокупность сложных биохимических реакций, происходящих в клетках живых организмов, в ходе которых происходит расщепление углеводов, липидов и аминокислот до углекислого газа и воды. При этом выделяется энергия, которая используется клеткой для движения, роста и создания необходимых клеточных структур.

Процесс дыхания клетки включает в себя три основных этапа:

Подготовительный — происходит в пищеварительном тракте (у животных), вторичных лизосомах и гиалоплазме клеток. Кислород в реакциях этого этапа не используется. Под действием пищеварительных ферментов происходит расщепление крупных органических молекул до более простых соединений. При этом выделяется сравнительно небольшое количество энергии, которая рассеивается в виде тепла. Продукты первого этапа могут вступать в следующие этапы дыхания (т. е. подвергаться дальнейшему расщеплению) либо вовлекаться в процессы анаболизма.
Бескислородный (анаэробный) — характеризуется ферментативным расщеплением органических веществ, полученных в ходе предыдущего этапа, без участия кислорода. Данный этап может протекать даже в условиях полного отсутствия кислорода. Основным источником энергии клетки является глюкоза, поэтому анаэробный этап стоит рассматривать на примере бескислородного расщепления глюкозы — гликолиза.

Гликолиз — это происходящая в живых клетках биохимическая реакция, которая заключается в расщеплении глюкозы в цитоплазме клетки под действием ферментов без участия кислорода.

Данное явление можно охарактеризовать как одиннадцать последовательно сменяющих друг друга реакций. В результате из одной молекулы глюкозы образуются две молекулы АТФ — универсального источника энергии. Продукты распада при этом попадают в митохондрии, где начинается кислородный этап.

Кислородный (аэробный) этап протекает в митохондриях. В этот процесс вступают продукты гликолиза из предыдущего пункта. Для осуществления данного этапа необходимо поступление в митохондрии молекулярного кислорода, а также наличие особых ферментов и других веществ. Данный этап доступен только для аэробов — организмов, живущих в кислородной среде.

Питание

Питание клетки происходит в результате целого ряда сложных химических реакций. Неорганические вещества, поступившие в клетку из внешней среды (углекислый газ, минеральные соли, вода), преобразуются в органические и входят в состав тела самой клетки в виде белков, сахаров, жиров, масел и др.

Большая часть веществ, поступающих из окружающей среды, расходуется не для получения энергии, а на синтез новых веществ, необходимых клетке или организму.

Клетки животных, грибов и бактерий в качестве питательных веществ используют органические вещества, произведенные другими организмами. Грибы и бактерии поглощают из окружающей среды растворы органических веществ. Большинство животных питаются другими организмами, их останками или продуктами жизнедеятельности, поедая их, переваривая и всасывая органические вещества через эпителий кишечника.

В любом случае каждая клетка перечисленных выше организмов в качестве источника энергии получает готовые органические вещества. Неорганические вещества — вода и минеральные соли — тоже попадают в организмы животных, грибов и бактерий и используются клетками в химических реакциях превращения веществ.

Зеленые клетки растений получают из окружающей среды только неорганические вещества. Затем в хлоропластах этих клеток создаются органические вещества, при этом используется энергия солнечного света. Такой процесс называют фотосинтезом.

Таким образом, питание растений слагается из двух связанных процессов. Почвенное питание обеспечивает поступление в растение воды и минеральных солей, а воздушное питание является процессом поглощения углекислого газа, усвоения солнечной энергии и создание органических веществ из неорганических.

Растения отличаются от других организмов тем, что получают энергию Солнца и неорганические вещества извне, а органические — создают самостоятельно.

После деления клетки приступают к росту: увеличиваются их объемы, количество органоидов, возникают все необходимые структуры.

Рост клетки — это необратимое увеличение размеров и массы клетки, обусловленное новообразованием элементов их структур.

Существует 3 фазы роста клеток:

Эмбриональная фаза(деление клеток) — происходит в местах новообразования тканей. К клеткам образовательной ткани поступает большое количество органических веществ. Клетки находятся в состоянии непрерывного деления, повторяющегося большое количество раз. Происходит увеличение числа клеток и рост общей массы живого вещества, несмотря на энергичный процесс дыхания.
Растяжение клеток идет на некотором расстоянии от точек роста. В этой фазе в клеточной протоплазме появляются вакуоли с клеточным соком, постепенно превращающиеся в одну общую вакуоль. Одновременно с увеличением содержимого клетки растет и оболочка. В процессе увеличения ее пластичности и растяжимости важную роль играют ауксины (фитогормоны). Быстрый рост клеток на данном этапе происходит за счет питательных веществ, которые поступают в больших количествах из более старых прилегающих клеток и проводящих путей.
Третьей фазой роста клеток и растительного органа является дифференцировка клеток и тканей. Из клеточной протоплазмы выделяются вещества, которые образуют целлюлозу, откладывающуюся на внутренних стенках оболочки и образующую или сплошное ее утолщение, или разнообразнейшие утолщения. Клетки видоизменяются и приобретают форму и величину, которые свойственны той или иной ткани.

Развитие

Клетки не только растут, но и развиваются. В период развития в них появляются определенные отличия от других клеток, в результате чего клетки начинают выполнять определенные возложенные на них функции.

Краткая характеристика процесса развития включает в себя несколько фаз роста и созревания, совершенствование процесса синтеза белка, развитие клеточной мембраны и межклеточных контактов.

Деление

Клетку можно назвать полностью зрелой, когда она готова к делению. Деление клетки — важнейший для биологии процесс, который является основой размножения и индивидуального развития всего живого. Без него невозможно существование организмов.

Деление клетки — процесс образования из родительской клетки двух или более дочерних клеток.

Деление может осуществляться двумя способами: новые клетки возникают в процессе митоза и мейоза.

Наиболее распространенной формой воспроизведения клеток у живых организмов является непрямое деление, или митоз. Благодаря митозу обеспечивается равномерное распределение генетической информации родительской клетки между дочерними.

Митоз — деление клетки, в процессе которого происходит копирование всех элементов клетки и образование двух дочерних клеток в точности таких же, как материнская.

Митоз состоит из четырех последовательных фаз:

Профаза — самая продолжительная фаза митоза. В ней спирализируются и утолщаются хромосомы, состоящие из двух сестринских хроматид, удерживаемых вместе центромерой. К концу профазы ядерная мембрана и ядрышки исчезают, и хромосомы рассредоточиваются по всей клетке. В цитоплазме к концу профазы центриоли отходят к полюсам и образуют веретено деления.
Метафаза — хромосомы продолжают спирализацию, их центромеры располагаются в плоскости экватора (в этой фазе они видны наиболее отчетливо). К ним прикрепляются нити веретена деления.
Анафаза — хроматиды, из которых состоят хромосомы, расходятся к полюсам клетки и становятся новыми хромосомами.
Телофаза — деспирализация хромосом, формирование ядерной оболочки и клеточной перегородки, образование двух дочерних клеток.

Так из одной исходной материнской клетки образуются две новые — дочерние, имеющие хромосомный набор, который по количеству и качеству, содержанию наследственной информации, морфологическим, анатомическим и физиологическим особенностям полностью идентичен родительским.

При возникновении препятствий к делению, таких как недостаток питательных веществ и факторов роста, повреждения ДНК, клетки могут задержаться в фазе подготовки к делению для устранения нарушений, а затем продолжить путь к митозу. Невозможность устранения препятствий ведет к гибели клеток — апоптозу.

Второй способ деления клетки — мейоз.

Мейоз — это деление в зоне созревания половых клеток, которое сопровождается уменьшением числа хромосом в 2 раза. Этот процесс состоит из двух последовательно идущих делений, имеющих те же фазы, что и митоз. Однако продолжительность отдельных фаз и происходящие в них процессы значительно отличаются от процессов, происходящих в митозе.

Отличия митоза от мейоза состоят в следующем:

В митозе одно деление, а в мейозе — два.
Митоз — вид клеточного деления, который происходит в процессе роста и развития организма, а мейоз — в процессе образования половых клеток.
При митозе образуются две диплоидные клетки, а при мейозе — четыре гаплоидные клетки.
Митоз, в отличие от мейоза, лежит в основе бесполого размножения.
В результате митоза образуются генетически идентичные клетки, а в мейозе вследствие случайного расхождения хромосом и кроссинговера дочерние клетки генетически отличаются друг от друга.

Движение цитоплазмы

Цитоплазма — это внутренняя среда клетки, объединяющая ее структурные компоненты. Она объединяет клеточные органеллы, является субстратом для протекания биохимических реакций и транспорта химических соединений.

Одним из важнейших свойств цитоплазмы живой клетки является ее способность к движению. Цитоплазма постоянно движется, что играет важную роль в осуществлении обмена и распределении веществ внутри клетки, а также характеризует уровень жизнедеятельности клеточных структур.

Движение цитоплазмы является одним из наиболее чувствительных показателей жизнеспособности клетки. На внешние и внутренние воздействия клетки дают ответ изменением скорости этого движения вплоть до его остановки.

Видеоурок способствует формированию представлений о процессах, происходящих в клетке, о дыхании, питании (фотосинтезе) как о процессах, в ходе которых клетки получают энергию для жизнедеятельности. Учащиеся рассмотрят схему взаимосвязи обмена веществ и превращения энергии в организме, обобщат представления о процессах деления и развития клеток.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока "Жизнедеятельность клетки. Деление и рост клетки"

Вы уже знаете, что всё пространство клетки заполнено бесцветным вязким веществом – цитоплазмой. Она находится в постоянном движении. Движение цитоплазмы способствует перемещению в клетках питательных веществ и воздуха. Чем активнее жизнедеятельность клетки, тем больше скорость движения цитоплазмы. Если клетку сильно нагреть или заморозить, то цитоплазма разрушается, и клетка погибает.

Цитоплазма одной живой клетки обычно не изолирована от цитоплазмы других живых клеток, расположенных рядом. Нити цитоплазмы (плазмодесмы) соединяют соседние клетки, проходя через клеточные стенки.

Растения имеют клеточное строение, так как их органы состоят из клеток. А каждая клетка – это микроскопически малая составная часть растения.

Каждая живая клетка дышит, питается, выделяет ненужные ей вещества, реагирует на воздействие внешней среды, в течение определённого времени растёт и размножается.

Клетки в процессе жизни потребляют различные вещества – воду, кислород, углекислый газ, органические и неорганические соединения. Они поступают в клетку в виде растворов и необходимы клетке для питания, дыхания и роста. А само растение получает необходимые вещества из воздуха и почвы.

Поступление веществ в клетку и их переработка называется питанием. В клетке из поступивших простых неорганических веществ образуются сложные вещества (белки, жиры и углеводы). Эти вещества идут на образование ядра, цитоплазмы и других частей клетки.

По типу питания все живые организмы делятся на две группы: гетеротрофы и автотрофы. Вспомним, что гетеротрофы получают готовые органические вещества из окружающей среды (это животные, грибы, многие виды бактерий). Автотрофы самостоятельно синтезируют органические вещества из неорганических в результате фотосинтеза (это растения и цианобактерии).

Фотосинтез – это сложный процесс, который происходит только в хлоропластах клеток растений только на свету. Более подробно мы рассмотрим этапы фотосинтеза при изучении отдельной темы. А сейчас запишем уравнение фотосинтеза – это процесс образования из двух неорганических веществ (углекислого газа и воды) органического вещества глюкозы. В результате фотосинтеза происходит выделение в окружающую среду кислорода. Фотосинтез происходит только на свету.

Часть образованных питательных веществ идёт на построение клетки, а другая часть расходуется на получение энергии.

Дыхание происходит в живых клетках в течение всей их жизни. Растения – аэробные организмы (аэробы) – они используют для клеточного дыхания кислород.

Внутри клетки кислород вступает в реакции с органическими веществами. При этом происходят химические реакции, в результате которых сложные органические вещества превращаются в неорганические (воду и углекислый газ) и выделяется энергия. Такой процесс называется дыханием. Высвобождаемая энергия запасается в молекулах АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты) – сложного химического соединения. Энергия нужна для обеспечения процессов жизнедеятельности – движения цитоплазмы, превращения одних веществ в другие.

Заполним таблицу, в которой сравним процессы клеточного дыхания и фотосинтеза, используя следующие показатели: время суток, в которое происходит процесс; вещества, служащие исходным материалом; образующиеся вещества; тип используемой энергии. Клеточное дыхание происходит всегда, фотосинтез – только днём. Для клеточного дыхания необходимы органические вещества и кислород, для фотосинтеза – углекислый газ и вода. В результате дыхания образуются углекислый газ и вода, а в результате фотосинтеза – глюкоза и кислород. Для дыхания используется энергия химических связей, а при фотосинтезе – световая энергия.

В течение жизни в клетке образуются ненужные вещества (избыток воды и солей, конечные продукты обмена). Все они выделяются в окружающую среду. Процесс освобождения организма от данных веществ называется выделением или экскрецией.

Одно из главных свойств живых систем – постоянный обмен веществ и энергии с окружающей средой. В клетках непрерывно идут процессы синтеза (пластический обмен, ассимиляция), то есть из простых неорганических соединений (углекислого газа, воды, минеральных солей) образуются сложные органические вещества (белки, жиры и углеводы). Все процессы синтеза идут с затратами энергии.

Примерно с такой же скоростью идёт энергетический обмен (диссимиляция). Это процесс расщепления сложных органических веществ до более простых соединений, сопровождающийся выделением энергии. Конечные продукты энергетического обмена: углекислый газ, вода и аммиак.

Совокупность реакций пластического и энергетического обмена, лежащих в основе жизнедеятельности и обуславливающих связь организма с окружающей средой, называется обменом веществ (или метаболизмом).

Заполним схему взаимосвязи обмена веществ и превращения энергии в организме. В ходе энергетического обмена сложные органические вещества расщепляются до конечных продуктов обмена и высвобождается энергия.

В результате пластического обмена происходит образование сложных органических веществ. При этом происходит поглощение энергии, которая образована в результате реакций энергетического обмена. Часть энергии расходуется на процессы жизнедеятельности.

Получается, что пластический и энергетический обмены неразрывно связаны. Они являются противоположными сторонами единого процесса обмена веществ.

Вещества, которые образуются в ходе энергетического обмена, могут использоваться в пластическом обмене для образования сложных органических соединений. И наоборот.

В молодых клетках преобладает процесс пластического обмена, в результате чего обеспечивается накопление веществ, рост и развитие. В старых клетках преобладает процесс энергетического обмена.

Жизнь клетки с момента её образования в процессе деления материнской клетки до собственного деления (включая это деление) или гибели называется клеточным циклом. В течении этого цикла каждая клетка растёт и развивается таким образом, чтобы успешно выполнять свои функции в организме. В процессе жизни клетки растут и увеличиваются в размерах. Молодые растительные клетки содержат много мелких вакуолей, которые растут и в результате сливаются, заполняя практически весь объем клетки.

У разных видов живых организмов клеточный цикл, во время которого клетка выполняет свои функции, занимает разное время: например, у бактерий он длится около 20 минут, у инфузории-туфельки – от 10 до 20 часов. Клетки многоклеточных организмов на ранних стадиях развития делятся часто, а затем клеточные циклы удлиняются.

Жизнь клетки включает два периода: деление, в результате которого образуются две дочерние клетки, – митоз; период между двумя делениями, который носит название интерфазы. Рассмотрим поближе данные периоды.

Интерфаза – промежуток клеточного цикла между двумя делениями. Вспомним, что в ядре находятся тельца цилиндрической формы – хромосомы. Они передают наследственные признаки от клетки к клетке. В течение всей интерфазы хромосомы деспирализованы (раскручены), они находятся в ядре клетки в виде нитей. В этот период клетка растёт и выполняет свои функции. Происходит обмен веществ, синтез белков и АТФ. Происходит удвоение числа хромосом, соответственно и генетического материала в клетке. При этом образуются два набора хромосом, несущие одинаковую информацию о жизненных процессах.

Размножение клеток – это увеличение их количества. Новые клетки возникают в результате деления уже существующих клеток. Размножение является одним из обязательных свойств живого.

Для эукариотических клеток характерен митоз, в результате которого из одной материнской клетки образуются две дочерние с таким же набором хромосом. Сейчас мы с вами рассмотрим последовательные фазы митоза. Их четыре: профаза, метафаза, анафаза и телофаза.

В профазе в клетке увеличивается объём ядра, начинают спирализоваться нити, в результате чего формируются хромосомы. Каждая хромосома состоит из двух хроматид, соединённых в области центромеры. Постепенно растворяются ядрышко и ядерная оболочка. Хромосомы оказываются в цитоплазме и располагаются в ней беспорядочно. На полюсах клетки формируется веретено деления. Часть нитей веретена деления идёт от полюса к полюсу, другие нити прикрепляются к центромерам и способствуют их перемещению в экваториальную плоскость клетки.

В метафазе завершается формирования веретена деления. Хромосомы располагаются упорядоченно в экваториальной плоскости клетки. Образуется метафазная пластинка. В эту фазу можно легко посчитать количество хромосом в клетке и изучить их строение.

В анафазе нити веретена деления укорачиваются, в результате чего хроматиды каждой хромосомы отделяются друг от друга и расходятся к противоположным полюсам клетки.

В телофазе хромосомы оказываются у полюсов клетки и деспирализуются (раскручиваются). Вокруг ядерного материала каждого полюса формируются ядерные оболочки. В двух образовавшихся ядрах образуются ядрышки. Нити веретена деления разрушаются.

На этом деление ядра заканчивается, и начинается деление клетки надвое. В экваториальной плоскости клеток растений из содержимого пузырьков комплекса Гольджи образуется срединная пластинка, которая разделяет две дочерние клетки, являющиеся копиями друг друга и исходной материнской клетки. С момента разделения дочерних клеток каждая из них вступает в интерфазу нового клеточного цикла.

Биологическое значение митоза заключается в том, что он обеспечивает передачу наследственных признаков и свойств от клетки к клетке, что необходимо для нормального развития многоклеточного организма. Митоз обуславливает важнейшие процессы жизнедеятельности – рост, развитие, восстановление повреждённых частей растения. Митотическое деление лежит в основе бесполого размножения многих живых организмов.

Клеточная гибель бывает двух видов: некроз и апоптоз. Рассмотрим, в чём же их отличия.

Некроз – отмирание клеток, которое вызвано действием повреждающих факторов (низкие или высокие температуры, химические вещества, ионизирующие излучения). В повреждённых клетках нарушается проницаемость мембран, прекращается образование белков и другие процессы обмена веществ, происходит разрушение ядра, органоидов и, наконец, всей клетки.

Апоптоз – запрограммированная гибель клеток, которая регулируется организмом. От своего образования в результате деления до апоптоза клетки проходят определённое количество клеточных циклов.

Когда вы только родились, ваш вес составлял в среднем от 3 до 4кг, а рост всего около 50-60 см, но с каждым днем вы становились больше и выше..

А какой рост и вес у вас сегодня и почему произошло увеличение этих показателей по сравнению с прошлыми годами?

Всё это благодаря способности клеток к размножению, в основе которого лежит процесс деления.

Рост и развитие всех многоклеточных организмов всегда связаны с делением клеток.

У человека и животных во взрослом состоянии в некоторых тканях клетки постоянно отмирают и заменяются новыми, которые образуются как раз путем деления.

Следовательно, деление клеток является тем процессом, благодаря которому поддерживается жизнь всего организма и обеспечивается непрерывность жизни клетки.

Наряду с непрерывностью жизни клетки происходит и преемственность наследственных свойств от родительской клетки к дочерней.

То есть в процессе деления каждая вновь образующаяся клетка должна получить точную копию генетического материала, чтобы обладать общей наследственной программой, специализироваться и выполнять функции, какие и выполняла материнская клетка.

Существуют два различных типа деления клетки: вегетативное деление, при котором каждая дочерняя клетка генетически идентична родительской клетке -митоз, и репродуктивное клеточное деление, при котором количество хромосом в дочерней клетке снижается вдвое для производства гамет - мейоз.

То есть клетки тела или соматические клетки образуются путем непрямого деления -митозом, а половые клетки (гаметы) образуются благодаря редукционному делению клетки или мейозу.

Сегодня наука может заглянуть в этот клеточный мир и проследить за процессами митоза и мейоза в клетках, приближая нас к раскрытию и пониманию еще одной тайны живой природы - самовоспроизведению.

Клеточный цикл

Для начала рассмотрим жизнь одной клетки нашего организма.

Весь период существования клетки от момента её образования до собственного деления или гибели называется клеточным циклом или жизненным циклом клетки.

Длительность жизненного цикла у разных клеток разная, но у большинства активно делящихся клеток, она составляет примерно от 10 до 24 часов.

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

Примеры длительности жизни клеток:

· у амебы жизненный цикл клетки равен 36 часам

· бактериальные клетки могут делиться каждые 20 минут

· у клеток кишечного эпителия грызунов цикл между делениями в среднем 15 часов

· клетки крови человека: тромбоциты живут около 7- 11 дней, лейкоциты - от одного дня до нескольких недель, эритроциты живут 30-120 дней

· нервные клетки перестают делиться ещё во время внутриутробного развития, их жизнь зависит от времени жизни ткани или органа, в состав которых они входят

Ученые выделяют следующие периоды в этом жизненном цикле клетки у эукариот:

· интерфаза- период клеточного роста, во время которого идет синтез ДНК и белков и осуществляется подготовка к делению клетки.

Интерфаза подразделяется на период G1-фазы, период S-фазы, период G2-фазы, период G0-фазы

· период клеточного деления, обозначается как М- фаза

Посмотрите на схему жизненного цикла клетки:

Периоды интерфазы:

Название периода

Процессы, происходящие в клетке

Пресинтетический период- G1-фаза или фаза начального роста

2n- набор хромосом (двойной),

2c- количество ДНК

синтез всех РНК, ферментов, белков, образование рибосом, синтез АТФ, образование одномембранных органелл клетки, рост клетки, создание запаса питательных веществ

Синтетический период- S-фаза

2n4c- количество хромосом осталось прежним, а количество ДНК увеличилось вдвое

происходит репликация ДНК клеточного ядра, построение второй хроматиды и формирование двухроматидных хромосом

Постсинтетический период- G2-фаза

происходит подготовка к митозу, интенсивный синтез белков, РНК, деление митохондрий и пропластид (предшественники всех типов пластид) у растений, синтез АТФ, удвоение массы цитоплазмы, увеличение массы ядра

Период функционирования клеток- фаза покоя G0

период клеточного цикла, в течение которого клетки находятся в состоянии покоя и не делятся, клетка как бы находится вне клеточного цикла.

Примеры: нервные клетки или клетки сердечной мышцы. Они вступают в состояние покоя при достижении зрелости (то есть когда закончена их дифференцировка).

Некоторые клетки могут выйти из этого состояния и начать вновь деление.

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

Прохождение клеткой фаз клеточного цикла регулируется специальными белками- циклинами.

Циклины получили своё название от того, что их концентрация в клетке периодически изменяется по мере прохождения клеток через клеточный цикл, достигая максимума на его определенных стадиях

Период деления клетки.

Деление клетки- процесс образования из родительской клетки двух и более дочерних клеток.

Обычно деление клетки - это малая часть большого клеточного цикла.

У эукариот есть два различных типа деления клетки:

1) непрямое деление:

· митоз- вегетативное деление, при котором каждая дочерняя клетка генетически идентична родительской клетке

· мейоз- репродуктивное клеточное деление, при котором количество хромосом в дочерней клетке снижается вдвое для производства половых клеток

2) прямое деление- амитоз, встречается относительно редко и проявляется в отмирающих тканях, а также в клетках опухолей

Для того чтобы понять, как происходят процессы деления клеток, необходимо знать строение хромосом, ведь именно они играют важнейшую роль в передаче наследственной информации от клетки к клетке.

Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации

Строение хромосом в различные периоды клеточного цикла

Хромосомы- это структуры, в которых сосредоточена большая часть наследственной информации.

Они располагаются в ядре эукариотической клетки, состоят из молекулы ДНК, которая связана с белками-гистонами.

Хромосомы состоят из 2 сестринских хроматид (удвоенных молекул ДНК), соединенных друг с другом в области первичной перетяжки- центромеров.

Центромера- специализированный участок ДНК, в районе которого в стадии профазы и метафазы деления клетки соединяются две сестринские хроматиды в митозе, а в мейозе гомологичные хромосомы в профазе и метафазе первого деления.

• центромера играет важную роль при расположении хромосом в виде метафазной пластинки в процессе расхождения дочерних хромосом к полюсам клетки, так как при помощи центромеры каждая хроматида соединяется с нитями веретена деления

• каждая центромера разделяет хромосому на два плеча

Строение хромосомы:

В жизненном цикле клетки, а конкретно в синтетический период происходит репликация ДНК (удвоение), именно с этого момента каждая хромосома состоит уже не из одной хроматиды, а из двух хроматид.

Хроматида (от греч. chroma - цвет, краска + eidos - вид)- это нить молекулы ДНК, соединенная с белками. Является частью хромосомы от момента ее дупликации до разделения на две дочерние хроматиды в анафазе митоза или анафазе второго деления мейоза.

Типы хромосом (морфологические типы):

• акроцентрические (центромера расположена близко к концу хромосомы, и одно плечо значительно короче другого)

• субметацентрические (центромера смещена от середины хромосом, и одно плечо короче другого)

• метацентрические (центромера расположена в середине хромосомы, и плечи ее равны)

· телоцентрическая хромосома- хромосома, состоящая только из одного плеча и имеющая центромеру на самом краю; считается, что истинных телоцентрических хромосом не существует, т.к. даже маленькое второе плечо (визуально на хромосомных препаратах не выявляемое), по-видимому, всегда присутствует; часто такой вид хромосом используется в качестве синонима термина "акроцентрическая хромосома"

Гомологичные хромосомы- парные хромосомы, одинаковые по форме, размерам и набору генов.

Их гены в соответствующих (идентичных) участках представляют собой аллельные гены.

Аллельные гены- различные формы одного и того же гена, расположенные в одинаковых участках (локусах) гомологичных хромосом.

Но следует отметить, что гомологичные хромосомы не идентичны друг другу по следующим причинам:

• хотя гомологичные хромосомы имеют один и тот же набор генов, но этот набор может быть представлен различными формами одного и того же гена.

К примеру, у вас в гомологичных хромосомах есть участок с аллельными генами, которые определяют цвет ваших глаз. От матери в вашу гомологичную хромосому попал ген, отвечающий за карий цвет глаз- доминантный (сильный) признак, а от отца в хромосому попал ген, отвечающий за серый цвет глаз- это рецессивный (слабый) признак. Таким образом, аллельные гены отвечают за один признак- цвет глаз, но этот ген представлен в данном случае различными формами (доминантный и рецессивный, серый и карий).

То есть ген один, а проявление его разное, поэтому мы говорим о гомологии, а не о идентичности.

• также в результате некоторых мутаций (удвоение хромосом, утраты ее частей и других причин) могут возникать гомологичные хромосомы, различающиеся наборами или расположением генов

Для каждого эукариотического организма характерен свой набор хромосом.

Количество, формы размеры хромосом у каждого организма различны.

К примеру, у человека всего 46 хромосом с 20-25 тыс. активных генов, а у коровы 60 хромосом с 22 тыс. активных генов.

А для проведения анализа и исследования всех хромосом клетки, ученые выделили такое понятие как кариотип.

Такой анализ имеет большое значение в медицинской практике, позволяя диагностировать ряд хромосомных заболеваний, вызванных как грубыми нарушениями кариотипов (нарушение числа хромосом), так и нарушением хромосомной структуры.

Кариотип- совокупность признаков полного набора хромосом, присущая клеткам данного биологического вида данного организма (индивидуальный кариотип).

В комплекс характеристик кариотипа входят:

• число хромосом, характерное для данного вида

• положение центромеры каждой хромосомы

• рисунок дифференциального окрашивания хромосом (специальный метод окрашивания, который позволяет по рисунку чередующихся поперечных темных и светлых полос на хромосоме идентифицировать конкретную хромосому или ее участок)

Рассмотрим кариотип человека:

По рисунку мы видим кариотип здорового человека, который включает 22 пары неполовых хромосом (аутосом) и пару половых хромосом (ХХ (женский пол) или ХY (мужской пол).

Хромосомы в кариотипе различаются размерами, формой, положением центромеры, рисунком окрашивания.

Каждая хромосома содержит определенный набор генов (например, в первой хромосоме хранятся гены A, B, C, D, во второй хромосоме - гены K, L, M, N). Каждый ген отвечает за свой признак (один ген отвечает за цвет глаз, другой за структуру волос, третий отвечает за проявление праворукости или леворукости и так далее.

Хромосомы также нумеруют: самая большая хромосома- первая, и далее, чем меньше хромосома, тем больший номер она получает.

На рисунке вы видите, что каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид (не забывайте, что каждая хроматида содержит 1 молекулу ДНК).

Поэтому получается, что хромосома одна, но она содержит 2 молекулы ДНК.

Помимо этого у диплоидного организма имеется двойной набор хромосом.

То есть у каждой хромосомы есть гомологичная ей хромосома, это тоже вы можете разглядеть на рисунке.

У человека имеются 22 пары гомологичных хромосом (плюс пара половых хромосом, которые негомологичны друг другу).

Один набор хромосом человек получает от матери, другой от отца.

Объединение этих наборов происходит при оплодотворении.

Половые клетки, образовавшиеся в результате мейоза, содержат только одну из двух гомологичных хромосом. Такой набор хромосом называется гаплоидный или одинарный (от греч. haploos- одиночный, простой и eidos- вид).

У человека путем мейоза образуются половые клетки (гаметы), каждая из них несет 23 хромосомы, а не 46, как в обычной соматической клетке.

В биологии обычно количество хромосом в клетке обозначается буквой n:

1n или просто одной буквой n- гаплоидный (одинарный) набор хромосом

2 n- диплоидный (двойной) набор хромосом

с- количество ДНК в хромосоме.

Количество хромосом в жизненном цикле разных организмов может быть разным.

У животных хромосомный набор диплоидный, а гаплоидны только гаметы.

Например, у хламидомонады, наоборот, гаплоидный набор хромосом на протяжении всего жизненного цикла, а диплоидна лишь зигота, которая сразу вступает в мейоз.

У некоторых растений наблюдаются сразу две фазы:

• у мхов преобладает гаметофит - он обладает гаплоидным набором хромосом

• у папоротников взрослого растения спорофита, наоборот, основная жизненная стадия представлена диплоидным набором хромосом

На спорофите путем митоза образуются клетки спорангия- органы, производящие споры, клетки которого имеют также диплоидный набор хромосом.

Сами споры имеют гаплоидный набор хромосом, благодаря мейозу.

Также у папоротников есть стадия заростка, который прорастает из споры, - значит, и у него гаплоидный набор хромосом.

У семенных растений самостоятельной гаплоидной стадии не существует.

Нарушение структуры хромосом.

Нарушение структуры хромосом происходит в результате спонтанных или спровоцированных изменений:

• генные мутации (изменения на молекулярном уровне)

• делеции- хромосомная перестройка, при которой происходит потеря участка хромосомы

• дупликации или удвоение- структурная хромосомная мутация, заключающаяся в удвоении участка хромосомы

• транслокации- тип хромосомных мутаций, при которых происходит перенос участка хромосомы на негомологичную хромосому, приводят к развитию лимфом, сарком, лейкемии, шизофрении

• инверсии- это поворот определенного участка хромосомы на 180°; является следствием двух одновременных разрывов в одной хромосоме

Читайте также: