Почему вновь образовавшиеся в результате митотического деления клетки генетически однородны кратко

Обновлено: 04.07.2024

Ответ. Митоз - универсальное деление соматических клеток, в результате которого из исходной (материнской) клетки образуются 2 дочерние клетки, генетически тождественные материнской.

Мейоз - особый способ деления, в результате которого образуется 4 клетки с набором хромосом уменьшенным вдвое по сравнению с материнской (обычно образуются клетки с гаплоидным набором хромосом) , причем все образовавшиеся клетки генетически отличаются друг от друга.

В мейозе происходит не одно деление (как в митозе) , а два последовательных деления - редукционное и эквационное.

В мейозе (в профазе первого деления) происходит конъюгация гомологичных хромосом и кроссинговер, а в митозе - не происходит.

В анафазе первого деления мейоза к полюсам расходятся не хроматиды, а целые хромосомы

2. Какие фазы митоза вы знаете?

Ответ. Различают следующие четыре фазы митоза: профаза, метафаза, анафаза и телофаза. В профазе хорошо видны центриоли — образования, находящиеся в клеточном центре и играющие роль в делении дочерних хромосом животных. Центриоли делятся и расходятся к разным полюсам клетки. От центриолей протягиваются микротрубочки, образующие нити веретена деления, которое регулирует расхождение хромосом к полюсам делящейся клетки.

В конце профазы ядерная оболочка распадается, ядрышко постепенно исчезает, хромосомы спирализуются и в результате этого укорачиваются и утолщаются, и их уже можно наблюдать в световой микроскоп. Еще лучше они видны на следующей стадии митоза — метафазе.

В метафазе хромосомы располагаются в экваториальной плоскости клетки. При этом хорошо видно, что каждая хромосома, состоящая из двух хроматид, имеет перетяжку — центромеру. Хромосомы своими центромерами прикрепляются у нити веретена деления. После деления центромеры каждая хроматида становится самостоятельной дочерней хромосомой.

Затем наступает следующая стадия митоза — анафаза, во время которой дочерние хромосомы (хроматиды одной хромосомы) расходятся к разным полюсам клетки.

Следующая стадия деления клетки — телофаза. Она начинается после того, как дочерние хромосомы, состоящие из одной хроматиды, достигли полюсов клетки. На этой стадии хромосомы вновь деспирализуются и приобретают такой же вид, какой они имели до начала деления клетки в интерфазе (длинные тонкие нити). Вокруг них возникает ядерная оболочка, а в ядре формируется ядрышко, в котором синтезируются рибосомы. В процессе деления цитоплазмы все органоиды (митохондрии, комплекс Гольджи, рибосомы и др.) распределяются между дочерними клетками более или менее равномерно.

Вопросы после §28

1. Что такое апоптоз?

2. Какой цикл называют митотическим?

Ответ. Обязательным компонентом каждого клеточного цикла является митотический цикл, который включает в себя подготовку клетки к процессу деления и само деление. Кроме того, в жизненный цикл входят длинные или короткие периоды покоя, когда клетка выполняет свои функции в организме. После каждого из таких периодов клетка должна перейти либо к митотическому циклу, либо к апоптозу

3. Какие процессы происходят в клетке в интерфазу?

Ответ. Подготовка клетки к делению получила название интерфазы. Она состоит из трех периодов.

Пресинтетический период (G1) – наиболее продолжительная часть интерфазы. Он может продолжаться у различных видов клеток от 2–3 ч до нескольких суток. Этот период следует сразу же за предшествующим делением, во время него клетка растет, накапливая энергию и вещества для последующего удвоения ДНК.

Синтетический период (S), который обычно длится 6–10 ч, включает в себя удвоение ДНК, синтез белков, необходимых для формирования хромосом, а также увеличение количества РНК. К концу этого периода каждая хромосома уже состоит из двух идентичных хроматид, соединенных друг с другом в области центромеры. В этот же период удваиваются центриоли.

Постсинтетический период (G2) наступает после удвоения хромосом. Он длится 2–5 ч; за это время накапливается энергия для предстоящего митоза и синтезируются белки микротрубочек, которые впоследствии образуют веретено деления. Теперь клетка может приступать к митозу.

Прежде чем перейти к описанию способов деления клетки, рассмотрим процесс удвоения ДНК, в результате которого в синтетическом периоде образуются сестринские хроматиды.

4. В какой период интерфазы происходит репликация ДНК?

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.

Во время митоза эукариотическая клетка подвергается тщательно скоординированному ядерному разделению, что приводит к образованию двух генетически идентичных дочерних клеток. Сам митоз состоит из пяти активных стадий или фаз: профазы, прометафазы, метафазы, анафазы и телофазы. Однако, прежде чем клетка может войти в активные фазы митоза, она должна пройти через период, известный как интерфаза, в течение которого он растет и продуцирует различные белки, необходимые для деления. Затем в критической точке во время интерфазы (называемой S-фазой) клетка дублирует свои хромосомы и гарантирует, что ее системы готовы к делению клеток.

Как известно, новые клетки образуются в результате деления материнской клетки на две дочерние, обладающие идентичным между собой и таким же, как и у материнской клетки, наследственным материалом. Такое равномерное распределение генов между дочерними клетками возможно благодаря удвоению ДНК перед началом деления исходной материнской клетки. Этот способ передачи генетической информации от родителей к потомкам имеет важное значение для целостности и сохранности биологических видов и реализуется в результате жизнедеятельности каждой клетки.

Период существования клетки от момента её образования в результате деления материнской клетки до её собственного деления или гибели, называется жизненным циклом клетки, или клеточным циклом.

В течение этого времени клетка растёт, развивается, выполняет определённые функции в организме, после чего делится, образуя новые клетки. Жизненный цикл разных клеток может продолжаться от нескольких минут до десятков лет и состоит из двух фаз: интерфазы и фазы деления.

Интерфаза – это период активной жизнедеятельности клетки, который условно можно разделить на три периода.

Первый, пресинтетический период, предшествует синтезу ДНК. В этот период вновь образовавшаяся клетка растёт до нормальных размеров, активно синтезирует белки и компоненты нуклеиновых кислот, запасает энергию. Продолжительность этого периода у разных клеток – от 2 часов до нескольких суток. Затем клетка начинает выполнять свойственные ей функции, что у некоторых клеток может продолжаться годами до тех пор, пока клетка не будет готова к следующему периоду – синтетическому.

Основные события синтетического периода – интенсивный синтез молекул ДНК и РНК, удвоение хромосом, каждая из которых к концу периода состоит из двух идентичных хроматид, соединённых центромерой. Процесс удвоения молекул ДНК называется репликацией, или редупликацией, и осуществляется следующим образом: водородные связи между комплементарными азотистыми основаниями под воздействием специального фермента разрываются, участок материнской молекулы ДНК раскручивается на две нити, каждая из которых выступает в роли матрицы для синтеза новых цепочек ДНК. Далее с помощью фермента ДНК-полимеразы собираются дочерние цепочки, комплементарные материнским. Репликация проходит одновременно на обеих материнских цепях, но с разной скоростью. Репликация проходит одновременно на нескольких участках молекулы ДНК, и вновь синтезированные фрагменты сшиваются между собой при помощи фермента ДНК -лигазы. В итоге из одной молекулы ДНК образуется две, каждая из которых включает материнскую и дочернюю цепочки. Синтезированные молекулы являются абсолютными копиями друг друга и материнской молекулы ДНК. Такой способ репликации ДНК обеспечивает точную передачу дочерним молекулам той генетической информации, которая была записана в материнской молекуле.

Длится синтетический период 6-10 часов.

Постсинтетический период обычно короче двух предыдущих и длится от 2 до 5 часов. За это время синтезируются белки микротрубочек, образующие веретено деления, накапливается энергия, необходимая для митотического деления.

Апоптоз играет важную роль во время закладки органов и дифференцировки тканей на эмбриональном этапе развития организма, способствует формированию характерных для данного биологического вида особенностей морфофункциональной организации. Например, постэмбриональное развитие некоторых земноводных и насекомых проходит с превращением –метаморфозом. Насекомые с полным превращением имеют четыре фазы развития: яйцо, личинку, куколку и взрослое насекомое (имаго). У насекомых с неполным превращением из яиц вылупляются личинки, похожие по внешнему виду на взрослое насекомое, но отличающееся от него меньшими размерами и недоразвитыми крыльями и половой системой.

Одними из первых генетические механизмы программируемой клеточной смерти исследовали южно-африканский биолог Сидней БрЕннер, американский биолог Роберт ХОрвиц и британский биолог Джон САлстон, которые получили за эти исследования Нобелевскую премию в области медицины и физиологии 2002 года.

Если клетка не погибает после интерфазы, то она приступает к процессу деления. Существует два способа деления соматических клеток – прямое деление, или амитоз, и непрямое деление, или митоз.

Прямым делением при помощи поперечной перетяжки могут делиться клетки прокариот. У эукариот амитоз встречается довольно редко. При таком способе деления без подготовительной фазы, т.е. без предварительного удвоения хромосом начинается деление клеточного ядра, при котором наследственный материал материнской клетки распределяется между дочерними клетками неравномерно. Часто при амитозе не происходит и цитокинеза – разделения цитоплазмы, в результате чего образуется дефектная двуядерная клетка. И даже при наступлении цитокинеза образуются две неполноценные клетки. Такой способ прямого деления, амитоз, характерен для старых отмирающих тканей, а также для раковых клеток.

Подавляющему большинству соматических клеток присуще непрямое, или митотическое деление. В результате митоза генетический материал клетки удваивается и равномерно распределяется между двумя дочерними клетками. Митоз состоит из двух последовательных процессов – деления ядра, или кариокинеза и деления цитоплазмы, или цитокинеза. Продолжительность непрямого деления клеток варьирует от 30-60 мин у животных клеток до 2-3 часов у растительных клеток.

Митоз состоит из четырёх фаз: профазы, метафазы, анафазы и телофазы.

Во время профазы в ядре исчезают ядрышки, спирализуются и становятся отчётливо видны в световой микроскоп хромосомы, каждая из которых состоит из двух хроматид, соединённых в области центромеры, образуется веретено деления, исчезает ядерная оболочка.

Во время метафазы центромеры хромосом располагаются вдоль экватора клетки, образуя метафазную пластинку. Каждая центромера соединяется с нитями веретена деления.

В анафазе каждая хромосома разделяется на две хроматиды, которые благодаря нитям веретена деления расходятся к полюсам клетки. Таким образом, на полюсах клетки оказываются идентичные наборы хромосом.

В телофазе хромосомы, расположенные на полюсах клетки деспирализуются, вокруг них образуются ядерные мембраны и образуются ядра дочерних клеток, начинается активный синтез белков, образуются ядрышки, нити веретена деления разрушаются.

Телофазой завершается кариокинез, за которым следует цитокенез, проходящий у растительных и животных клеток не одинаково. В животной клетке по линии экватора возникает перетяжка, в образовании которой участвуют структуры цитоскелета. Перетяжка углубляется до тех пор, пока цитоплазма не разделится надвое.

В растительных клетках, окружённых твёрдой клеточной стенкой, разделение цитоплазмы происходит после образования внутриклеточной перегородки.

С момента разделения дочерних клеток для каждой из них наступает этап подготовки к новому делению – интерфаза.

Читайте также: