Жизненный цикл клетки

Большинству клеток свойственен жизненный цикл.

Жизненный цикл – существование клетки от деления до следующего деления или гибели клетки. У одноклеточных организмов жизненный цикл совпадает с жизнью особи.

Жизненный цикл состоит из двух стадий - интерфаза и митоз.

В тканевых клетках он совпадает с митотическим циклом и состоит из четырех периодов: три периода (интерфаза) и собственно митоз:

Три первых периода составляют интерфазу:

1. Пресинтетический период (постмиотический) G₁:

· активный рост и функционирование клеток (синтез мРНК, белков, увеличивается количество рибосом и митохондрий);

· подготовка к синтезу ДНК.

2. Синтетический период (S):

· происходит репликация (редупликация) ДНК;

· удвоение материала хромосом;

· продолжается синтез мРНК и белков,

3. Постсинтетический период (премиотический) G₂:

· подготовка клеток к делению.

4. Митоз – редуплицированные хромосомы расходятся в дочерние клетки.

Рис. 5. Жизненный цикл клетки [1].

Продолжительность цикла и его периодов составляет 10-50 часов, в зависимости от типа клеток, их возраста и т.д. Наиболее вариабельны по времени периоды G₁ и G_2..

Митоз

Митоз – непрямое деление, основной способ деления эукариотических клеток.

Биологический смысл:

· строго одинаковое распределение хромосом между дочерними клетками, что обеспечивает образование генетически равноценных клеток и сохраняет преемственность в ряду клеточных поколений;

· митотическое деление лежит в основе всех форм размножения у одно- и многоклеточных организмов;

· митотическое деление лежит в основе роста организмов.

Удвоение хромосом происходит в интерфазе. В митоз хромосомы вступают уже удвоенные.

Фазы митоза:

1. Профаза:

· конденсация (спирализация) парных хромосом (в результате они становятся видимыми). Каждая хромосома состоит из двух хроматид;

· начинается формирование веретена деления.

2. Прометафаза:

· разрушение ядерной оболочки;

· начинается движение хромосом, их центромеры вступают в контакт с микротрубочками веретена деления, полюса продолжают расходиться друг от друга;

· к концу фазы образуется веретено деления.

3. Метафаза:

· образуется метафазная пластинка, хромосомы располагаются на экваторе в одной плоскости.

4. Анафаза:

· соединение в районе центромеры разрушается и хромосомы делятся, хроматиды (половинки хромосом) расходятся к полюсам клетки с помощью нитей веретена деления.

5. Телофаза:

· разрушение веретена деления;

· образование ядерных оболочек вокруг двух групп хромосом

· деконденсация хромосом;

· образование дочерних ядер.

В результате образуется две дочерние клетки, идентичные материнской клетке.

Мейоз

Мейоз – способ деления клеток, в результате которого происходит редукция (уменьшение) числа хромосом в два раза и переход клеток из диплоидного состояния в гаплоидное. Происходит после репликации ДНК. Восстановление плоидности происходит в результате полового процесса.

Биологический смысл:

· обеспечивает случайную, независимую рекомбинацию генов, происходит за счет кроссинговера – обмен участками гомологичных хромосом;

· поддержание постоянства кариотипа в ряду поколений;

· является важнейшим механизмом наследственности и изменчивости.

Мейоз не идентичен гаметогенезу. Гаметогенез - образование специализированных гамет из недифференцированных стволовых клеток.

В некоторых группах живых организмов (сосудистые растения, грибы) мейоз предшествует гаметогенезу, и, как правило, отделен от него значительным промежутком времени. У других групп организмов мейоз сопряжен с гаметогенезом, но полной идентичности этих процессов нет, так как сперматозоиды созревают по завершении мейоза, а ооциты до его завершения.

В зависимости от места в жизненном цикле организма, выделяют три основных типа мейоза:

1. Зиготный (многие грибы и водоросли). Происходит в зиготе, сразу после оплодотворения и приводит к образованию гаплоидного мицелия или таллома, а затем спор и гамет.

2. Гаметный (все многоклеточные животные и ряд низших растений). Происходит в половых органах и приводит к образованию гамет.

3. Споровый (высшие растения). Происходит перед цветением и приводит к образованию гаплоидного гаметофита, в котором позднее образуются гаметы.

Фазы мейоза.

Мейоз состоит из двух последовательных делений.

Деление первое:

1. Профаза 1 – сложная и растянутая во времени. Выделяют пять стадий:

· Лептотена – конденсация хромосом;

· Зиготена – коньюгация гомологичных хромосом с образованием структур, называемых бивалентами;

· Пахитена – кроссинговер (обмен участками гомологичных хромосом);

· Диплотена – частичная деконденсация хромосом, могут идти процессы транскрипции и трансляции;

· Диакинез – максимальная конденсация хромосом, прекращение процессов синтеза, разрушение ядерной оболочки, хромосомы соединены между собой.

2. Метафаза 1 – образование метафазной пластинки.

3. Анафаза 1 – биваленты делятся и хромосомы расходятся к полюсам (расходятся целые хромосомы, а не хроматиды, как в митозе).

4. Телофаза 1 – деспирализация хромосом и появление ядерной оболочки.

Второе деление следует за первым, S-фаза отсутствует, происходит без синтеза ДНК, и поэтому при втором делении количество ДНК уменьшается вдвое. Образуются клетки с гаплоидным набором хромосом.

1. Профаза 2 – конденсация хромосом, разрушение ядерной оболочки, образование веретена деления.

2. Метефаза 2 – образование метафазной пластинки. Хромосомы состоят из двух хроматид.

3. Анафаза 2 – хромосомы делятся и расходятся к полюсам.

4. Телофаза 2 – деспирализация хромосом, появление ядерной оболочки.

В результате из одной диплоидной клетки образуется четыре гаплоидных.

Два деления мейоза сопровождаются редукцией числа хромосом. При этом в одних бивалентах при первом делении расходятся гомологичные хромосомы, а в других – хроматиды. При втором делении, наоборот – в первых бивалентах расходятся хроматиды, а во вторых гомологичные хромосомы, поэтому неверно называть одно деление редукционным, а второе эквационным.

.

Вопросы для самоконтроля:

1. Какие способы деления клетки вы знаете?

2. Что такое хромосомный набор?

3. Из каких стадий состоит жизненный цикл клетки? Какие события происходят на каждой стадии?

4. Что такое митоз? В чем состоит биологический смысл митоза?

5. Какие типы мейоза вы знаете?

6. Что такое мейоз? В чем заключается биологический смысл мейоза?