Клеточный цикл (митоз и мейоз)

Клеточный цикл (митоз)

Подготовка к ЕГЭ

Жизненный цикл соматической клетки организма:

Для начала стоит определиться, что есть «соматическая клетка». Всего в нашем организме два типа клеток:  соматические  и  половые.  В соматических клетках  диплоидный  (удвоенный) набор хромосом, а в половых —  гаплоидный.  Половые клетки не делятся, поэтому представленный жизненный цикл справедлив  только  для соматической клетки. Проще говоря, соматическая клетка — это  любая клетка нашего организма  кроме сперматозоидов или яйцеклеток.

Жизненный цикл соматической клетки организма:

Весь жизненный цикл соматической клетки делится на две фазы:  интерфаза  (95% всей жизни клетки) и  деление. Интерфаза  в свою очередь состоит из трёх периодов:  пресинтетического, синтетического  и  постсинтетического.  Именно в такой последовательности:

1)  Пресинтетический период:  клетка увеличивается после деления, растёт, синтезирует РНК, подготавливается к синтетическому периоду. 2)  Синтетический период:  репликация ДНК (хромосомы становятся двухроматидными). 3)  Постсинтетический период:  накопление веществ и энергии, синтез АТФ, подготовка к делению, удвоение клеточного центра (центриолей).

Далее соматическая клетка вступает в деление —  митоз.  Митоз состоит из  четырёх фаз.

Если мы смотрим на рисунок и видим такую картинку…

… то мы понимаем, что это  одна  хромосома, состоящая из  двух  хроматид. То есть это  двухроматидная  хромосома. Поэтому набор —  1n2c  или просто  n2c.  Кстати, этот чёрный круг посередине —  центромера.  Её функция — соединение  сестринских  (принадлежащих одной хромосоме)  хроматид.

Если же мы посмотрим на рисунок и увидим вот такое…

… то мы поймём, что это  одна  хромосома, состоящая из  одной  хроматиды. То есть это  однохроматидная  хромосома. Набор:  1n1c  или просто  nc.

Важно помнить : если перед нами одинаковые хромосомы, то мы считаем набор по обеим хромосомам !

Вот, например, картинка с РЕШУ ЕГЭ. Каждая хромосома (и черная, и белая) является  двухроматидной.  Значит набор у каждой хромосомы: n2c. Однако перед нами  хромосомы одинакового размера.

Значит мы должны  суммировать их наборы.  Итак,  1n2c + 1n2c = 2n4c —  вот набор данной клетки.

Приведём другой пример:

В данном случае перед нами на первый взгляд та же картинка. Но если присмотреться:  хромосомы разные ! Это значит, что мы считаем хромосомный набор  только по одной хромосоме  (любой из них).

Хромосомы  двухроматидные,  значит набор у каждой —  n2c.  Это и есть набор данной клетки. 1 хромосома и 2 хроматиды.

Митоз

• Профаза  митоза характеризуется  спирализацией хромосом  (из неупорядоченного  хроматина  образуются компактные хромосомы), расхождением  центриолей   к полюсам  клетки и образованием  веретена деления  (фиолетовый),  разрушением ядерной оболочки .  Хромосомный набор: 2n4c.

Набор  2 n 4 c означает, что клетка содержит  2 гомологичные  (одинаковые по форме, размеру)  хромосомы,  каждая из которых состоит из 2  хроматид.

Митоз. Профаза

• Профаза  митоза характеризуется  спирализацией хромосом  (из неупорядоченного  хроматина  образуются компактные хромосомы), расхождением  центриолей  к  полюсам  клетки и образованием  веретена деления  (фиолетовый),  разрушением ядерной оболочки.   Хромосомный набор: 2n4c.
• 2n  — потому что клетка  диплоидная,  обе  гомологичные хромосомы  находятся в клетке.
• 4c  — потому что хромосомы  двухроматидные,  так как в синтетическом периоде интерфазы произошла  репликация ДНК.

Митоз. Профаза

Митоз. Метафаза

• Метафаза  митоза характеризуется  выстраиванием хромосом по экватору клетки.  Такой порядок расположения хромосом называется  метафазной пластинкой.  Нити веретена деления прикрепляются к  центромерам  (центромера — место скрепления хроматид у хромосомы). Хромосомный набор: 2n4c.
• 2n  — потому что клетка  диплоидная,  обе  гомологичные хромосомы  находятся в клетке.
• 4c  — потому что хромосомы  двухроматидные,  так как в синтетическом периоде интерфазы произошла  репликация ДНК.

Митоз. Метафаза

Митоз. Анафаза

• Анафаза  митоза характеризуется  сокращением нитей  веретена деления. Они словно удочки, зацепившиеся за центромеры, притягивают хроматиды к полюсам. В результате  сестринские  (принадлежащие ранее к одной хромосоме)  хроматиды расходятся к полюсам.  Образовывается 4  однохроматидных  равных по размеру хромосомы, поэтому набор  4n4c.
• 4n  — потому что хромосомный набор временно  удвоился,  т. к. произошло расхождение  сестринских хроматид.  Сестринские хроматиды становятся  самостоятельными хромосомами.
• 4c  — потому что число молекул ДНК при расхождении сестринских хроматид в клетке  не изменилось,  поэтому число молекул ДНК временно  равняется  числу хромосом. Хромосомы  однохроматидные.

Митоз. Анафаза

Митоз. Телофаза

• Во время  телофазы  митоза происходит  кариокинез  (образование ядер). Также происходит разделение цитоплазмы ( цитокинез ) и образование 2 новых клеток. Теперь клеточный набор в каждой клетке:  2n2c.  Происходит  деспирализация  хромосом и образование  хроматина. Конец митоза.
• 2n  — потому что при цитокинезе  сестринские хромосомы  оказываются в разных дочерних клетках ( их число уменьшается вдвое ), однако  обе гомологичные хромосомы  находятся в клетке. Набор диплоидный.
• 2c  — потому что число молекул ДНК при цитокинезе  уменьшилось вдвое.  Хромосомы  однохроматидные.

Митоз. Телофаза

Репликация в синтетическом периоде интерфазы

• Далее каждая клетка проходит собственный путь, о котором мы говорили в начале статьи: пресинтетический период, синтетический, постсинтетический… И снова митоз.
• Во время синтетического периода происходит  репликация  (редупликация) — удвоение ДНК.  Однохроматидные  хромосомы становятся  двухроматидными:  набор из  2n2c  переходит в  2n4с,  и цикл повторяется.
• В чём разница между хроматином и хромосомами?
• Хроматин:
• Деспирализованная ДНК.  Существует во время  интерфазы  и в конце  телофазы.  Это  активная  форма ДНК, потому что с неё можно прочитать информацию — синтезировать белок.
• Хромосома:
• Спирализированная ДНК.  Существует во время  деления.   Неактивная форма ДНК  — считать информацию и синтезировать белок  нельзя.

Мейоз

Мейоз состоит из  двух делений.  Первое деление называют  редукционным  — число хромосом уменьшается  вдвое.

Профаза 1

• Профаза мейоза I  характеризуется  разрушением ядерной оболочки ,  расхождением центриолей по полюсам клетки  и началом  синтеза веретена деления.  Также происходит  спирализация хромосом.  Далее с ними происходят следующие вещи:
• 1)  Конъюгация:  сближение  гомологичных хромосом.  Гомологичные хромосомы — это  одинаковые по строению  хромосомы, несущие  одинаковые гены.  Одна хромосома — от  папы , другая — от  мамы.  Сблизившиеся гомологичные хромосомы называются  бивалентами.
• 2)  Кроссинговер:   обмен участками гомологичных хромосом.  На рисунке это показано тем, что красная хромосома взяла на себя часть голубой и наоборот. Они  обмениваются участками,  чтобы у новой клетки было  новое сочетание генов.  Чуть-чуть генов от папы, чуть-чуть — от мамы.
• Таким образом, набор клетки:  2n4c.
• 2n  — потому что клетка  диплоидная,  обе  гомологичные хромосомы  находятся в клетке.
• 4c  — потому что хромосомы  двухроматидные,  так как в синтетическом периоде интерфазы перед мейозом произошла  репликация ДНК.

Профаза 1

Метафаза I

• Метафаза мейоза I  характеризуется  прикреплением веретена деления  к хромосомам и выстраиванием  бивалентов  вдоль экватора. Набор клетки:  2n4c.
• 2n  — потому что клетка  диплоидная , обе  гомологичные хромосомы  находятся в клетке.
• 4c  — потому что хромосомы  двухроматидные,  так как в синтетическом периоде интерфазы произошла  репликация ДНК.

Метафаза I. Сравните с метафазой митоза :

• У митоза  бивалентов нет,  а нити веретена деления к каждой хромосоме прикрепляются с  двух сторон.  У мейоза же веретено деления к каждой хромосоме прикрепляется  только с одной стороны.

Метафаза I

  Анафаза I

• Как и в митозе, в  анафазе мейоза I  происходит  сокращение веретена деления.  Но  к полюсам   расходятся  не   сестринские хроматиды, а  гомологичные хромосомы.  Это происходит из-за того, что веретено деления прикрепилось  только с одной стороны  каждой хромосомы. В результате количество хромосом осталось тем же: две двухроматидные хромосомы. Поэтому набор:  2n4c.
• 2n  — потому что клетка  диплоидная,  обе  гомологичные хромосомы всё ещё  находятся в клетке.
• 4c  — потому что хромосомы  двухроматидные,  так как в синтетическом периоде интерфазы произошла  репликация ДНК. Расхождения сестринских хроматид, как в митозе, не происходит, т. к. расходятся гомологичные хромосомы.

  Анафаза I

Телофаза I

• Во время  телофазы мейоза I  происходит  цитокинез  (разделение цитоплазмы) и  кариокинез  (образование ядер). Также происходит  деспирализация двухроматидных хромосом.  Теперь  набор  у каждой образовавшейся новой клетки —  n2c.
• n  — потому что произошло  редукционное деление,  и клетка получила гаплоидный набор хромосом (в клетке находится лишь  одна гомологичная хромосома из пары ).
• 2с  —   потому что хромосомы  двухроматидные,  так как в синтетическом периоде интерфазы произошла  репликация ДНК.
• В перерыве между редукционным и вторым делением мейоза интерфаза очень короткая, и репликация молекул ДНК не происходит, но удваиваются центриоли. Набор у клетки, вступающей во второй этап мейоза — n2c.

Телофаза I

II деление мейоза

• Называется эквационным ( равным)

Профаза II

• Профаза мейоза II  практически полностью идентична митозу. Единственное отличие: в клетке  нет гомологичной хромосомы  — она осталась во второй клетке. Поэтому набор:  n2c. Профаза мейоза II  характерна р азрушением ядерной оболочки,   спирализацией хромосом  , расхождением  центриолей к   полюсам  клетки и образованием  веретена деления  (фиолетовый).
• n  — потому что перед мейозом II произошло  редукционное деление,  и клетка получила гаплоидный набор хромосом (в клетке находится лишь  одна гомологичная хромосома из пары ).
• 2c  — потому что хромосомы  двухроматидные,  так как в синтетическом периоде интерфазы перед мейозом произошла  репликация ДНК,  а в анафазу I к полюсам  разошлись гомологичные двухроматидные хромосомы.

Профаза II

Метафаза II

• Во время  метафазы мейоза II  хромосомы выстраиваются  по экватору,  в то время как к их  центромерам  присоединяются нити  веретена деления.  Набор у каждой клетки:  n2c.  В отличие от метафазы редукционного деления, в данном случае веретено деление прикрепляется с обеих сторон.
• n  — потому что произошло  редукционное деление,  и клетка получила гаплоидный набор хромосом (в клетке находится лишь  одна гомологичная хромосома из пары ).
• 2c  — потому что хромосомы  двухроматидные,  так как в синтетическом периоде интерфазы произошла  репликация ДНК.

Метафаза II

Анафаза II

• Во время  анафазы мейоза II сокращается веретено деления  и к полюсам клетки расходятся  сестринские хроматиды.  Образуетс я две однохроматидные хромосомы:  набор  2n2c.
• 2n  — потому что хромосомный набор временно  удвоился,  т. к. произошло расхождение  сестринских хроматид.  Сестринские хроматиды становятся  самостоятельными хромосомами . Однако первое деление мейоза было  редукционным,  а значит количество хромосом в анафазе мейоза II в 2 раза меньше, чем в митозе.
• 2c  — потому что число молекул ДНК при расхождении сестринских хроматид в клетке  не изменилось,  поэтому число молекул ДНК временно  равняется  числу хромосом. Хромосомы  однохроматидные.

Анафаза II

Телофаза II

• Во время т елофазы мейоза II  происходит  цитокинез  и  кариокинез. Однохроматидные  хромосомы  деспирализуются.  Набор в каждой клетке:  1n1c.
• n  — потому что при цитокинезе  сестринские хромосомы  оказываются в разных дочерних клетках ( их число уменьшается вдвое ), однако  только одна из двух гомологичных хромосом  находится в клетке, т. к. произошло  редукционное деление.  Набор  диплоидный.
• c  — потому что число молекул ДНК при цитокинезе  уменьшилось вдвое.  Хромосомы  однохроматидные.

Телофаза II

Основные различия между митозом и мейозом

• 1) Митоз — одно деление, мейоз — два деления. 2) В анафазе митоза расходятся сестринские хроматиды, в анафазе мейоза I расходятся гомологичные хромосомы. 3) Между митозами происходит удвоение ДНК, между делениями мейоза репликации нет. 4) В результате митоза образуется 2 клетки, в результате мейоза — 4. 5) Клетки, получившиеся митозом, полностью идентичны материнской. 6) Клетки, получившиеся мейозом, содержат ДНК в 2 раза меньше, чем материнская клетка.

Определение типа деления, фазы и хромосомного набора по картинке.

• Если вы видите одинаковые хромосомы,  считайте набор по обеим.  В данной клетке 2  хромосомы,  каждая состоит из 2  хроматид.  Значит набор тут:  2n4c.

метафаза митоза 2n4c

Определение типа деления, фазы и хромосомного набора по картинке.

• Если вы видите близко расположенные друг к другу хромосомы ( биваленты ) — это  профаза  или  метафаза мейоза I.  Здесь нити веретена деления  уже прикрепились  к хромосомам, биваленты выстроены по экватору, а значит это —  метафаза.  Набор:  2n4c.

метафаза мейоза I 2n4c

Определение типа деления, фазы и хромосомного набора по картинке.

• Если вы видите  кроссинговер  — это однозначно  мейоз.  В данном случае это  анафаза мейоза I,  так как происходит расхождение  гомологичных хромосом.  Набор  — 2n4c.

анафаза мейоза I 2n4c

Определение типа деления, фазы и хромосомного набора по картинке.

• Если вы видите  разные по величине  хромосомы, то набор считается  исключительно по одинаковым  хромосомам (допустим, только по чёрным). Так как они  однохроматидные,  набор —  2n2с.  Перед нами  анафаза мейоза II.  (Потому что в анафазе митоза набор был бы 4n4c).

анафаза мейоза II 2n2c

Определение типа деления, фазы и хромосомного набора по картинке.

• Здесь мы видим  разные по размеру  хромосомы, поэтому считаем набор  только по одинаковым.  Так как хромосомы  однохроматидные  и их  4  штуки: набор  4n4c.  

Очевидно, это  анафаза митоза.