Почему при подготовке к делению клетки обязательно должно произойти удвоение молекул днк кратко

Обновлено: 04.07.2024

Потому что в седьмом классе половое размножение подробно не проходят.

А биологическое значение "обычного" деления клетки (митоза) состоит в строго одинаковом распределении хромосом между дочерними ядрами, что обеспечивает образование генетически идентичных дочерних клеток и сохраняет преемственность в ряду клеточных поколений.
См. Вики, "митоз".

Не будет хромосом после деления для каждой клетки, не будет и самой новой клетки а так, мокрое пятно останется.

Чтобы хромосомоные наборы в полученных дочерних клетках были такие же, создается столько же копий хромосом, сколько дочерних клеток образуется при делении. Две.

Промежуток времени от момента возникновения клетки в результате деления до её гибели или до следующего деления представляет собой жизненный цикл клетки. В это время клетка растёт, специализируется и выполняет свои функции в составе ткани и органов.

Вопрос 2. Чем митотический цикл клетки отличается от жизненного цикла?

В тех тканях, где клетки непрерывно делятся (костный мозг, эпителий кишки и др.), у части из них жизненный цикл совпадает с митотическим циклом.

Митотическим циклом называют совокупность последовательных и взаимосвязанных процессов в период подготовки клетки к делению, а также на протяжении самого митоза.

Вопрос 3. Почему при подготовке к делению клетки обязательно должно произойти удвоение молекул ДНК?

Удвоение молекул ДНК происходит с удивительной точностью: новая молекула абсолютно идентична старой. В этом заключается глубокий биологический смысл, потому что нарушение структуры ДНК, приводящее к искажению генетического кода, сделало бы невозможным сохранение и передачу по наследству генетической информации, обеспечивающей развитие присущих организму признаков.

Вопрос 4. В чём заключается подготовка клетки к митозу?

Подготовка клетки к митозу. В течение интерфазы происходит ряд процессов, которые обеспечивают митоз. Назовем главнейшие из них:

1) удваиваются центриоли,

2) удваиваются хромосомы, т.е. количество ДНК и хромосомальных белков, 3) синтезируются белки, из которых строится ахроматиновое веретено,

4) накапливается энергия в виде АТФ, которая расходуется во время деления, 5) заканчивается рост клетки.

Первостепенное значение в подготовке клетки к митозу имеет синтез ДНК и удвоение хромосом.

Удвоение хромосом связано, прежде всего, с синтезом ДНК и одновременно происходящим синтезом белков хромосом. Процесс удвоения продолжается 6—10 часов и занимает среднюю часть интерфазы. Удвоение хромосом протекает так, что каждая старая одиночная цепь ДНК строит себе вторую. Этот процесс строго упорядочен и, начинаясь в нескольких точках, распространяется вдоль всей хромосомы.

Вопрос 6. Объясните, почему в клетках растений и в клетках животных деление цитоплазмы происходит по-разному.

В клетках животных цитоплазма делится путём перетяжки тела клетки на две меньших размеров, каждая из которых содержит один диплоидный набор хромосом. В клетках растений цитоплазматическая мембрана возникает в середине клетки и распространяется к периферии, разделяя клетку пополам. После образования поперечной цитоплазматической мембраны у растительных клеток появляется целлюлозная стенка.

Вопрос 1. Что такое жизненный цикл клетки?
Жизненный цикл клетки — это период ее жизни от момента возникновения в процессе деления до гибели или конца последующего деления. Длительность жизненного цикла сильно варьирует и зависит от типа клеток и условий внешней среды: температуры, наличия кислорода и питательных веществ. Жизненный цикл амебы равен 36 часам, а у некоторых бактерий он составляет 20 минут. Для нервных клеток или, например, клеток хрусталика его продолжительность составляет годы и десятилетия.

Вопрос 2. Каким образом в митотическом цикле происходит удвоение ДНК? В чем смысл этого процесса?
Удвоение ДНК происходит во время интерфазы. Сначала две цепи молекулы ДНК расходятся, а потом на каждой из них по принципу комплементарности синтезируется новая полинуклеотидная последовательность. Этот процесс идет под управлением особых ферментов с затратой энергии АТФ. Новые молекулы ДНК являются абсолютно идентичными копиями исходной (материнской). Не происходит никаких изменений генов, что обеспечивает стабильность наследственной информации, предотвращая нарушение функционирования дочерних клеток и всего организма в целом. Удвоение ДНК также обеспечивает постоянство количества хромосом из поколения в поколение.

Вопрос 3. В чем заключается подготовка клетки к митозу?
Подготовка клетки к митозу происходит в интерфазе. Во время интерфазы активно идут процессы биосинтеза, клетка растет, образует органоиды, накапливает энергию, а главное, происходит уд-воение (редупликация) ДНК. В результате редупликации образуются две идентичные молекулы ДНК, соединенные в области центромеры. Такие молекулы называют хроматидами. Две парные хроматиды образуют хромосому.

Вопрос 5. Каково биологическое значение митоза?
Значение митоза:
1. Генетическая стабильность, т.к. хроматиды образуются в результате репликации, т.е. наследственная информация их идентична материнской.
2. Рост организмов, т.к. в результате митоза число клеток увеличивается.
3. Бесполое размножение – многие виды растений и животных размножаются в результате митотического деления.
4. Регенерация и замещение клеток идет за счет митозов.
Биологический смысл митоза.
В результате митоза образуется две дочерние клетки с таким же набором хромосом, как и материнская клетка.

Жизненный цикл клетки

Что такое жизненный цикл клетки?

Жизненный цикл клетки — это период ее жизни от момента возникновения в процессе деления до гибели или конца последующего деления. Длительность жизненного цикла сильно варьирует и зависит от типа клеток и условий внешней среды: температуры, наличия кислорода и питательных веществ. Жизненный цикл амебы равен 36 часам, а у некоторых бактерий он составляет 20 минут. Для нервных клеток или, например, клеток хрусталика его продолжительность составляет годы и десятилетия.

Удвоение ДНК

Каким образом в митотическом цикле происходит удвоение ДНК? В чем смысл этого процесса?

Удвоение ДНК происходит во время интерфазы. Сначала две цепи молекулы ДНК расходятся, а потом на каждой из них по принципу комплементарности синтезируется новая полинуклеотидная последовательность. Этот процесс идет под управлением особых ферментов с затратой энергии АТФ. Новые молекулы ДНК являются абсолютно идентичными копиями исходной (материнской). Не происходит никаких изменений генов, что обеспечивает стабильность наследственной информации, предотвращая нарушение функционирования дочерних клеток и всего организма в целом. Удвоение ДНК также обеспечивает постоянство количества хромосом из поколения в поколение.

Подготовка клетки к митозу

В чем заключается подготовка клетки к митозу?

Подготовка клетки к митозу происходит в интерфазе. Во время интерфазы активно идут процессы биосинтеза, клетка растет, образует органоиды, накапливает энергию, а главное, происходит удвоение (редупликация) ДНК. В результате редупликации образуются две идентичные молекулы ДНК, соединенные в области центромеры. Такие молекулы называют хроматидами. Две парные хроматиды образуют хромосому.

Фазы митоза

Опишите последовательно фазы митоза.

Митоз условно разделяют на четыре фазы.

Профаза. Хромосомы в ядре начинают активно спирализоваться, приобретая компактную форму. В результате считывание информации с ДНК становится невозможным, и синтез РНК прекращается. К концу профазы распадается ядерная оболочка; центриоли, расположившиеся на полюсах клетки, образуют нити веретена деления.

Метафаза. На этом этапе наблюдается максимальная спирализация (уплотнение) хромосом. Они располагаются в экваториальной области клетки. Нити веретена деления прикрепляются к центромерам.

Анафаза. В хромосомах происходит размыкание центромер и, как следствие, разделение хроматид. Нити веретена деления оттягивают хроматиды (каждая из которых теперь становится отдельной хромосомой) к полюсам клетки.

Телофаза. Хромосомы, оказавшись у полюсов клетки, раскручиваются; вокруг них на обоих полюсах клетки формируются ядерные оболочки. Образуются ядра, содержащие одинаковые диплоидные наборы хромосом. Происходит окончательное разделение клетки на две части.

В результате митоза образуются две дочерние клетки, идентичные исходной материнской клетке.

Биологическое значение митоза

Каково биологическое значение митоза?

в результате митоза из одной материнской клетки образуются две дочерние, ей идентичные, что обеспечивает поддержание генетической стабильности клеток;
митоз обеспечивает рост организмов;
благодаря митозу осуществляется регенерация и замена отмирающих клеток;
митоз обеспечивает вегетативное размножение у растений и бесполое размножение у одноклеточных эукариот.

Значение размножения

Докажите, что размножение — одно из важнейших свойств живой природы.

Каждый организм на Земле смертен, и для того, чтобы численность вида не уменьшалась, необходимо постоянно восполнять потерю отдельных особей. Для этого существует размножение — процесс воспроизведения себе подобных. Оно обеспечивает непрерывность и преемственность поколений, точное копирование и передачу генетической информации от родителей потомству. В итоге размножение способствует существованию вида на протяжении очень длительного времени, несмотря на ограниченный срок жизни отдельных организмов.

Основные типы размножения

Какие основные типы размножения вам известны?

Существует два основных типа размножения: бесполое и половое. Бесполое размножения происходит без участия специализированных половых клеток. Оно характерно для многих одноклеточных организмов, но встречается также у многоклеточных (например, у растений). Половое размножение — процесс, происходящий с участием специализированных половых клеток (гамет). Этот тип размножения характерен в большей степени для многоклеточных организмов, но наблюдается и у одноклеточных (например, у некоторых видов одноклеточных водорослей).

Бесполое размножение

Что такое бесполое размножение? Какой процесс лежит в его основе?

Бесполое размножение — это тип размножения, происходящий без образования гамет. Для его осуществления необходим только один организм. В результате бесполого размножения новая особь развивается из одной или группы соматических клеток материнского организма. В основе бесполого размножения лежит митоз. При бесполом размножении дочерний организм на генетическом уровне является точной копией материнского.

Способы бесполого размножения

Перечислите способы бесполого размножения; приведите примеры. Существует несколько способов бесполого размножения.

Деление одноклеточных (разделение материнской клетки на две и более дочерних). Таким способом размножаются прокариоты, одноклеточные зеленые водоросли, амебы, инфузории, жгутиковые. У некоторых простейших (фораминифер, споровиков) существует особый способ множественного деления — шизогония. При шизогонии ядро материнской особи делится путем быстро следующих друг за другом делений на несколько ядер. В дальнейшем многоядерная особь распадается на соответствующее число одноядерных клеток.

Спорообразование. Характерно для грибов и многих растений. При этом формируются специализированные клетки — споры. Споры могут развиваться в особых органах (спорангии мхов и папоротников) или открыто (например, на нижней поверхности шляпки пластинчатых грибов).

Вегетативное размножение. Новый организм развивается из группы родительских клеток. У растений вегетативное размножение обычно осуществляется с помощью специализированных частей тела: луковиц (тюльпан), клубней (картофель), усов (земляника) и др. У животных существуют два пути вегетативного размножения: почкование, когда материнская особь образует группу клеток, из которой развивается новый организм (гидра), и фрагментация. В последнем случае происходит разделение тела животного на части, каждая из которых дает начало новой особи (плоские и кольчатые черви, кишечнополостные).

Потомство при бесполом размножении

Возможно ли появление генетически разнородного потомства при бесполом размножении?

При бесполом размножении происходит точное копирование генетического материала материнской особи, и дочерние организмы идентичны материнскому. Появление генетически разнородного потомства при бесполом размножении невозможно. Разработанным в лаборатории способом бесполого размножения является клонирование.

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: