Какие процессы происходят в ядре в интерфазе кратко

Обновлено: 05.07.2024

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.

Митоз – процесс деления клеток, при котором хромосомы из ядра материнской клетки равномерно распределены между двумя новыми клетками. После завершения митоза, производятся две дочерние клетки с идентичным генетическим материалом.

Интерфаза

Прежде чем делящаяся клетка попадает в митоз, она подвергается периоду роста, называемому интерфазой. Около 90% времени клетки при нормальном клеточном цикле могут быть потрачены на интерфазу, которая осуществляется в три основные фазы:

Фаза G1: период до синтеза ДНК. В этой фазе клетка увеличивается в массе, подготавливаясь к делению.
S-фаза: период, в течение которого происходит синтез ДНК. В большинстве клеток эта стадия происходит за очень короткий промежуток времени.
Фаза G2: клетка продолжает синтез дополнительных белков увеличиваться в размерах.

В последней части интерфазы, клетка все еще имеет нуклеолы. Ядро ограничено ядерной оболочкой, а хромосомы дублируются, но находятся в форме хроматина. В клетках животных две пары центриолей, образованных из репликации одной пары, расположены за пределами ядра.

После фазы G2 наступает митоз, который в свою очередь состоит из нескольких стадий и завершается цитокинезом (делением клетки).

Фазы митоза:

Препрофаза (в клетках растений)

Препрофаза является дополнительной фазой во время митоза в клетках растений, которая не встречается у других эукариот, таких как животные или грибы. Она предшествует профазе и характеризуется двумя различными событиями.

Изменения, которые происходят в препрофазе:

Образование полосы препрофазы – плотного микротрубочного кольца под плазматической мембраной.
Начало зарождения микротрубочек в ядерной оболочке.

Профаза

В профазе хроматин конденсируется в дискретные хромосомы. Ядерная оболочка ломается, а веретено деления образуются на противоположных полюсах клетки. Профаза (по сравнению с интерфазой) является первым истинным шагом митотического процесса.

Изменения, которые происходят в профазе:

Хроматиновые волокна превращаются в хромосомы, имеющие по две хроматиды, соединенные в центромер. Волокна деления, состоящие из микротрубочек и белков, образуется в цитоплазме.
В клетках животных волокна деления первоначально появляется как структуры, называемые астерами, которые окружают каждую пару центриолей.
Две пары центриолей (сформированных из репликации одной пары в интерфазе) отходят друг от друга к противоположным полюсам клетки из-за удлинения микротрубочек, образующихся между ними.

Прометафаза

Прометафаза – фаза митоза после профазы и предшествующая метафазе в эукариотических соматических клетках. Некоторые источники относят процессы протекающие в прометафазе к поздней профазе и начальной стадии метафазы.

Изменения, которые происходят в прометафазе:

Метафаза

В метафазе полностью развиваются волокна деления, а хромосомы выравниваются на метафазной (экваториальной) пластине (плоскость, которая одинаково удалена от двух полюсов).

Изменения, которые происходят в метафазе:

Ядерная мембрана полностью исчезает.
В клетках животных две пары центриолей расходятся в противоположных направлениях к полюсам клетки.
Полярные волокна (микротрубочки, составляющие волокна веретена) продолжают распространяться от полюсов к центру. Хромосомы перемещаются случайным образом, пока не присоединяют (при помощи своих кинетохор) к полярным волокнам с обеих сторон центромеров.
Хромосомы выравниваются на метафазной пластине под прямым углом к полюсам веретена.
Хромосомы удерживаются на метафазной пластине равными силами полярных волокон, которые нажимают на их центромеры.

Анафаза

В анафазе парные хромосомы (сестринские хроматиды) отделяются и начинают двигаться к противоположным концам (полюсам) клетки. Волокна веретена, не связанные с хроматидами, вытягиваются и удлиняют клетку. В конце анафазы каждый полюс содержит полную компиляцию хромосом.

Изменения, которые происходят в анафазе:

Телофаза

В телофазе хромосомы достигают ядер новых дочерних клеток.

Изменения, которые происходят в телофазе:

Полярные волокна продолжают удлиняться.
Ядра начинают формироваться на противоположных полюсах.
Ядерные оболочки новых ядер образовываются из остатков ядерной оболочки материнской клетки и кусочков эндомембранной системы.
Появляются ядрышка.
Разматываются хроматиновые волокна хромосом.
После этих изменений телофаза и митоз в основном завершены, а генетическое содержание одной клетки поделено на две части.

Цитокинез

Цитокинез – это разделение цитоплазмы клетки. Он начинается до конца митоза в анафазе и заканчивается вскоре после телофазы. В конце цитокинеза образуются две генетически идентичные дочерние клетки.

Дочерние клетки

В конце митоза и цитокинеза хромосомы распределены поровну между двумя дочерними клетками. Эти клетки являются идентичными диплоидными клетками, причем каждая из которых содержит полный набор хромосом.

Клетки, продуцируемые через митоз, отличаются от клеток, продуцируемых через мейоз. В мейозе образуются четыре дочерние клетки. Эти клетки представляют собой гаплоидные клетки, содержащие половину числа хромосом от исходной клетки. Половые клетки подвергаются мейозу. При делении половых клеток во время оплодотворения, гаплоидные клетки становятся диплоидной клеткой.

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

С момента появления клетки и до ее смерти в результате апоптоза (программируемой клеточной гибели) непрерывно продолжается жизненный цикл клетки.

Здесь и в дальнейшем мы будем пользоваться генетической формулой клетки, где "n" - число хромосом, а "c" - число ДНК (хроматид). Напомню, что в состав каждой хромосомы может входить как одна молекула ДНК (одна хроматида) (nc), либо две (n2c).

Клеточный цикл включает в себя несколько этапов: деление (митоз), постмитотический (пресинтетический), синтетический, постсинтетический (премитотический) период. Три последних периода составляют интерфазу - подготовку к делению клетки.

₁

Интенсивно образуются рибосомы, синтезируется АТФ и все виды РНК, ферменты, клетка растет.

Длится 6-10 часов. Важнейшее событие этого периода - удвоение ДНК, вследствие которого к концу синтетического периода каждая хромосома состоит из двух хроматид. Активно синтезируются структурные белки ДНК - гистоны.

Короткий, длится 2-6 часов. Это время клетка тратит на подготовку к последующему процессу - делению клетки, синтезируются белки и АТФ, удваиваются центриоли, делятся митохондрии и хлоропласты.

Митоз (греч. μίτος - нить)

Митоз является непрямым способом деления клетки, наиболее распространенным среди эукариотических организмов. По продолжительности занимает около 1 часа. К митозу клетка готовится в период интерфазы путем синтеза белков, АТФ и удвоения молекулы ДНК в синтетическом периоде.

Митоз состоит из 4 фаз, которые мы далее детально рассмотрим: профаза, метафаза, анафаза, телофаза. Напомню, что клетка вступает в митоз с уже удвоенным (в синтетическом периоде) количеством ДНК. Мы рассмотрим митоз на примере клетки с набором хромосом и ДНК 2n4c.

Бесформенный хроматин в ядре начинает собираться в четкие оформленные структуры - хромосомы - происходит это за счет спирализации ДНК (вспомните мой пример ассоциации хромосомы с мотком ниток)
Оболочка ядра распадается, хромосомы оказываются в цитоплазме клетки
Центриоли перемещаются к полюсам клетки, образуются центры веретена деления

ДНК максимально спирализована в хромосомы, которые располагаются на экваторе клетки. Каждая хромосома состоит из двух хроматид, соединенных центромерой (кинетохором). Нити веретена деления прикрепляются к центромерам хромосом (если точнее, прикрепляются к кинетохору центромеры).

Самая короткая фаза митоза. Хромосомы, состоящие из двух хроматид, распадаются на отдельные хроматиды. Нити веретена деления тянут хроматиды (синоним - дочерние хромосомы) к полюсам клетки.

Начинается процесс деспирализации ДНК, хромосомы исчезают и становятся хроматином (вспомните ассоциацию про раскрученный моток ниток)
Появляется ядерная оболочка, формируется ядро
Разрушаются нити веретена деления

В телофазе происходит деление цитоплазмы - цитокинез (цитотомия), в результате которого образуются две дочерние клетки с набором 2n2c. В клетках животных цитокинез осуществляется стягиванием цитоплазмы, в клетках растений - формированием плотной клеточной стенки (которая растет изнутри кнаружи).

Образовавшиеся в телофазе дочерние клетки 2n2c вступают в постмитотический период. Затем в синтетический период, где происходит удвоение ДНК, после чего каждая хромосома состоит из двух хроматид - 2n4c. Клетка с набором 2n4c и попадает в профазу митоза. Так замыкается клеточный цикл.

В результате митоза образуются дочерние клетки - генетические копии (клоны) материнской.
Митоз является универсальным способом бесполого размножения, регенерации и протекает одинаково у всех эукариот (ядерных организмов).
Универсальность митоза служит очередным доказательством единства всего органического мира.

Попробуйте самостоятельно вспомнить фазы митоза и описать события, которые в них происходят. Особенное внимание уделите состоянию хромосом, подчеркните сколько в них содержится молекул ДНК (хроматид).

Мейоз

Мейоз (от греч. μείωσις — уменьшение), или редукционное деление клетки - способ деления клетки, при котором наследственный материал в них (число хромосом) уменьшается вдвое. Мейоз происходит в ходе образования половых клеток (гамет) у животных и спор у растений.

В результате мейоза из диплоидных клеток (2n) получаются гаплоидные (n). Мейоз состоит из двух последовательных делений, между которыми практически отсутствует пауза. Удвоение ДНК перед мейозом происходит в синтетическом периоде интерфазы (как и при митозе).

Как уже было сказано, мейоз состоит из двух делений: мейоза I (редукционного) и мейоза II (эквационного). Первое деление называют редукционным (лат. reductio - уменьшение), так как к его окончанию число хромосом уменьшается вдвое. Второе деление - эквационное (лат. aequatio — уравнивание) очень похоже на митоз.

Помимо типичных для профазы процессов (спирализация ДНК в хромосомы, разрушение ядерной оболочки, движение центриолей к полюсам клетки) в профазе мейоза I происходят два важнейших процесса: конъюгация и кроссинговер.

Конъюгация (лат. conjugatio — соединение) - сближение гомологичных хромосом друг с другом. Гомологичными хромосомами называются такие, которые соответствуют друг другу по размерам, форме и строению. В результате конъюгации образуются комплексы, состоящие из двух хромосом - биваленты (лат. bi - двойной и valens - сильный).

После конъюгации становится возможен следующий процесс - кроссинговер (от англ. crossing over — пересечение), в ходе которого происходит обмен участками между гомологичными хромосомами.

Кроссинговер является важнейшим процессом, в ходе которого возникают рекомбинации генов, что создает уникальный материал для эволюции, последующего естественного отбора. Кроссинговер приводит к генетическому разнообразию потомства.

Биваленты (комплексы из двух хромосом) выстраиваются по экватору клетки. Формируется веретено деления, нити которого крепятся к центромере (кинетохору) каждой хромосомы, составляющей бивалент.

Нити веретена деления сокращаются, вследствие чего биваленты распадаются на отдельные хромосомы, которые и притягиваются к полюсам клетки. В результате у каждого полюса формируется гаплоидный набор будущей клетки - n2c, за счет чего мейоз I и называется редукционным делением.

Происходит цитокинез - деление цитоплазмы. Формируются две клетки с гаплоидным набором хромосом. Очень короткая интерфаза после мейоза I сменяется новым делением - мейозом II.

Мейоз II весьма напоминает митоз по всем фазам, поэтому если вы что-то подзабыли: поищите в теме про митоз. Главное отличие мейоза II от мейоза I в том, что в анафазе мейоза II к полюсам клетки расходятся не хромосомы, а хроматиды (дочерние хромосомы).

В результате мейоза I и мейоза II мы получили из диплоидной клетки 2n4c гаплоидную клетку - nc. В этом и состоит сущность мейоза - образование гаплоидных (половых) клеток. Вспомнить набор хромосом и ДНК в различных фазах мейоза нам еще предстоит, когда будем изучать гаметогенез, в результате которого образуются сперматозоиды и яйцеклетки - половые клетки (гаметы).

Сейчас мы возьмем клетку, в которой 4 хромосомы. Попытайтесь самостоятельно описать фазы и этапы, через которые она пройдет в ходе мейоза. Проговорите и осмыслите набор хромосом в каждой фазе.

Помните, что до мейоза происходит удвоение ДНК в синтетическом периоде. Из-за этого уже в начале мейоза вы видите их увеличенное число - 2n4c (4 хромосомы, 8 молекул ДНК). Я понимаю, что хочется написать 4n8c, однако это неправильная запись!) Ведь наша исходная клетка диплоидна (2n), а не тетраплоидна (4n) ;)

Поддерживает постоянное число хромосом во всех поколениях, предотвращает удвоение числа хромосом
Благодаря кроссинговеру возникают новые комбинации генов, обеспечивается генетическое разнообразие состава гамет
Потомство с новыми признаками - материал для эволюции, который проходит естественный отбор

Бинарное деление надвое

Митоз и мейоз возможен только у эукариот, а как же быть прокариотам - бактериям? Они изобрели несколько другой способ и делятся бинарным делением надвое. Оно встречается не только у бактерий, но и у ряда ядерных организмов: амебы, инфузории, эвглены зеленой.

При благоприятных условиях бактерии делятся каждые 20 минут. В случае, если условия не столь благоприятны, то больше времени уходит на рост и развитие, накопление питательных веществ. Интервалы между делениями становятся длиннее.

Амитоз (от греч. ἀ - частица отрицания и μίτος - нить)

Способ прямого деления клетки, при котором не происходит образования веретена деления и равномерного распределения хромосом. Клетки делятся напрямую путем перетяжки, наследственный материал распределяется "как кому повезет" - случайным образом.

Амитоз встречается в раковых (опухолевых) клетках, воспалительно измененных, в старых клетках.

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Читайте также: