Жизненный путь клетки

Тут вы найдете все, о жизненном пути клетки. Ознакомиться с теорией и проверить свои знания при помощи различных интерактивных заданий и тестов.

Тема 1. «Жизненный путь клетки»

Параграф 1 «Способы деления клетки»

Деление клеток обеспечивает в живой природе важнейшие процессы:

• размножение одноклеточных организмов;
• рост и развитие многоклеточных организмов;
• постоянное обновление тканей и органов;
• восстановление тканей и органов после повреждений.

Известны четыре основных способа деления клеток: прямое бинарное деление, амитоз, митоз, мейоз.

Прямое бинарное деление характерно для прокариот (бактерий и цианобактерий).

В бактериальной клетке содержится одна кольцевая молекула ДНК. Перед делением клетки ДНК удваивается. Образовавшиеся одинаковые молекулы ДНК прикрепляются к цитоплазматической мембране (ЦПМ). Во время деления ЦПМ врастает между двумя молекулами ДНК и делит клетку пополам. В каждой дочерней клетке оказывается по одной идентичной молекуле ДНК.

Рис. 1. Прямое бинарное деление

Амитоз, или прямое деление – деление ядра путём перетяжки, идущее без спирализации хромосом.

Такое деление встречается:

• в высокоспециализированных клетках с низкой активностью (клетках хрящей, роговицы глаза, печени, эндосперма семян, стенок завязи пестика),
• у дегенерировавших, обречённых на гибель клеток растений и животных.

При амитозе часто наблюдается только деление ядра, а разделение цитоплазмы не происходит. В результате могут образоваться многоядерные клетки. Если же цитоплазма разделяется, то распределение клеточных компонентов, как и ДНК, происходит произвольно.

Амитоз – самый экономный способ деления, протекающий с минимальными энергетическими затратами.

Митоз – непрямое деление соматических клеток эукариот, в результате которого хромосомный набор передаётся без изменений. Митоз лежит в основе роста организмов, регенерации повреждённых частей, вегетативного размножения.

Мейоз – деление клеток эукариот, ведущее к образованию гаплоидных клеток, т. е. уменьшению хромосомного набора в два раза. Мейоз приводит к образованию гамет у животных и спор у растений. При этом из одной исходной диплоидной клетки образуются четыре новые клетки с разными гаплоидными хромосомными наборами.

Рис. 2. Митоз и мейоз

Параграф 2 «Интерфаза»

Клеточный (жизненный) цикл – это период существования клетки с момента образования до её гибели или деления.

Продолжительность клеточного цикла у разных организмов значительно различается: у прокариот он длится 20 – 30 минут, а в клетках эукариот может продолжаться от 10 до 20 часов. В молодых организмах клетки делятся часто, а затем постепенно время между делениями удлиняется. Некоторые клетки вообще утрачивают способность к делению (нейроны, клетки сердечной мышцы).

Клеточный цикл состоит из интерфазы и деления.

Рис. 1. Клеточный цикл

Интерфаза – период жизнедеятельности клетки между двумя делениями.

Во время интерфазы клетка выполняет свои функции и готовится к делению. Главный происходящий при этом процесс — удвоение ДНК (репликация).

Молекула ДНК раскручивается с помощью специального фермента на две нити. Фермент разрывает водородные связи между комплементарными азотистыми основаниями.

Нити ДНК расходятся.

К каждому нуклеотиду разъединившихся нитей ДНК фермент ДНК-полимераза подстраивает комплементарный нуклеотид.

Рис. 2. Репликация ДНК

Подстраивающиеся нуклеотиды соединяются друг с другом.

В результате образуются две двойные молекулы ДНК, каждая из которых является точной копией исходной ДНК.

В интерфазе происходит также накопление АТФ, увеличение числа органоидов, синтез веществ, необходимых для образования веретена деления.

Параграф 3 «Митоз»

Митоз – непрямое деление соматических клеток эукариотических организмов, при котором происходит образование двух дочерних клеток, хромосомные наборы которых такие же, как в материнской клетке.

Подготовка клетки к митозу происходит в интерфазу: удваивается ДНК, накапливается АТФ, синтезируются белки веретена деления, удваиваются центриоли.

Митоз включает в себя два процесса: кариокинез (деление ядра) и цитокинез (деление цитоплазмы).

Выделяют четыре фазы митоза: профазу, метафазу, анафазу и телофазу.

Обрати внимание!

В схемах деления гаплоидный набор хромосом обозначают буквой n, а молекул ДНК (т. е. хроматид) — буквой с. Перед буквами указывают число гаплоидных наборов:

1n2с — гаплоидный набор удвоенных хромосом,

2n2с — диплоидный набор одиночных хромосом,

2n4с — диплоидный набор удвоенных хромосом.

Пример:

в клетках человека гаплоидный набор составляют 23 хромосомы. Значит, запись 2n2с обозначает 46 хромосом и 46 хроматид, а 2n4с — 46 хромосом и 92 хроматиды и т. д.

Рис. 1. Фазы митоза

Профаза

В ядре молекулы ДНК укорачиваются и скручиваются (спирализуются), образуя компактные хромосомы.

Каждая хромосома состоит из двух молекул ДНК (двух хроматид), соединённых центромерой.

Ядерная оболочка распадается.

Хромосомы неупорядоченно располагаются в цитоплазме.

Растворяются ядрышки.

Начинает формироваться веретено деления, часть нитей которого прикрепляется к центромерам хромосом.

В животной клетке начинают расходиться центриоли.

Рис. 2. Профаза

Метафаза

Хромосомы располагаются на экваторе клетки, образуя метафазную пластинку.

Хроматиды соединены в области первичной перетяжки с нитями веретена деления.

Центриоли располагаются у полюсов клетки.

Рис. 3. Метафаза

Анафаза

Каждая хромосома, состоящая из двух хроматид, разделяется на две идентичные дочерние хромосомы.

Дочерние хромосомы растягиваются нитями веретена деления к полюсам клетки.

У каждого полюса оказывается одинаковый генетический материал.

Рис. 4. Анафаза

Телофаза

Хромосомы раскручиваются.

Вокруг хромосом начинают формироваться ядерные оболочки.

В ядрах появляются ядрышки.

Нити веретена деления разрушаются.

Рис. 5. Телофаза

На этом кариокинез завершается. Происходит цитокинез — разделение цитоплазмы

Рис. 6. Цитокинез животной

клетки

Рис. 7. Митоз у растений

Биологическое значение митоза

В результате митоза образуются генетически одинаковые дочерние клетки с тем же набором хромосом, что был у материнской клетки. Сохраняется преемственность в ряду клеточных поколений.

Параграф 4 «Мейоз»

Мейоз – это способ деления клеток, в результате которого из одной исходной клетки с диплоидным хромосомным набором образуются четыре клетки с разными гаплоидными наборами хромосом.

Подготовка клетки к мейозу происходит в интерфазу: удваивается ДНК, накапливается АТФ, синтезируются белки веретена деления.

Мейоз включает два следующих друг за другом деления.

Первое деление мейоза (мейоз I) приводит к уменьшению хромосомного набора и называется редукционным. Оно включает четыре фазы.

Рис. 1. Первое деление мейоза

Профаза I

Происходит скручивание молекул ДНК и образование хромосом. Каждая хромосома состоит из двух гомологичных хроматид – 2n4c.

Гомологичные (парные) хромосомы сближаются и скручиваются, т. е. происходит конъюгация хромосом.

Затем гомологичные хромосомы начинают расходиться.

При этом образуются перекрёсты и происходит кроссинговер – обмен участками между гомологичными хромосомами.

Растворяется ядерная оболочка.

Разрушаются ядрышки.

Формируется веретено деления.

Рис. 2. Конъюгация хромосом и кроссинговер

Метафаза I

Спирализация хромосом достигает максимума.

Пары гомологичных хромосом (четыре хроматиды) выстраиваются по экватору клетки.

Образуется метафазная пластинка.

Каждая хромосома соединена с нитями веретена деления.

Хромосомный набор клетки – 2n4c.

Анафаза I

Гомологичные хромосомы, состоящие из двух хроматид, отходят друг от друга.

Нити веретена деления растягивают хромосомы к полюсам клетки.

Из каждой пары гомологичных хромосом к полюсам попадает только одна.

Происходит редукция – уменьшение числа хромосом вдвое.

У полюсов клетки оказываются гаплоидные наборы хромосом, состоящих из двух хроматид.

Хромосомный набор к концу анафазы: у полюсов – 1n2c (в клетке – количество хромосом 2n, количество хроматид 4c).

Телофаза I

Происходит формирование ядер.

Делится цитоплазма.

Образуются две клетки с гаплоидным набором хромосом.

Каждая хромосома представлена двумя хроматидами.

Хромосомный набор каждой из образовавшихся клеток – 1n2c.

Через короткий промежуток времени начинается второе деление мейоза. В это время не происходит удвоения ДНК. Делятся две гаплоидные клетки, которые образовались в результате первого деления.

Рис. 3. Второе деление мейоза

Профаза II

Ядерные оболочки разрушаются.

Хромосомы располагаются беспорядочно в цитоплазме.

Формируется веретено деления.

Хромосомный набор клетки – 1n2c.

Метафаза II

Хромосомы располагаются в экваториальной плоскости.

Каждая хромосома состоит из двух хроматид.

К каждой хроматиде прикреплены нити веретена деления.

Хромосомный набор клетки – 1n2c.

Анафаза II

Нити веретена деления оттягивают сестринские хроматиды к полюсам.

Хроматиды становятся самостоятельными хромосомами.

Дочерние хромосомы направляются к полюсам клетки.

Хромосомный набор у каждого полюса — 1n1c (в клетке – количество хромосом 2n, количество хроматид 2c).

Телофаза II

Формируются ядра.

Делится цитоплазма.

Образуются четыре гаплоидные клетки – 1n1c.

Хромосомные наборы образовавшихся клеток не идентичны.

Значение мейоза

Образовавшиеся в результате мейоза клетки различаются своими хромосомными наборами, что обеспечивает разнообразие живых организмов.

Число хромосом при мейозе уменьшается в два раза, что необходимо при половом размножении. Процесс оплодотворения опять восстанавливает в зиготе диплоидный набор хромосом.

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение понятию митоз?
2. Что такое Клеточный цикл?
3. Мейоз это…?
4. Каково значение мейоза?
5. Удвоение ДНК это процесс в котором.?
6. Из каких процессов состоит клеточный цикл?
7. Дайте расшифровку аббревиатуре ДНК.