Митотический цикл и митоз
Размножение клеток
Размножение или пролиферация (от лат. proles — потомство, ferre — нести) клеток — это процесс, который приводит к росту и обновлению клеток. Данный процесс характерен как для одноклеточных, так и многоклеточных организмов.
Соматические клетки многоклеточных организмов размножаются путем митотического деления
Митоз: способ упорядоченного деления клеток, при котором каждая из двух дочерних клеток получает хромосомы в количестве и имеющие строение как у материнской клетке. При каждом митозе образуется копия каждой хромосомы и действует точный механизм их распределения между дочерними клетками.
В митотическом делении клетки различают две стороны:
· кариокинез (разделение исходного ядра на два дочерних)
· цитокинез (разделение цитоплазмы с образованием двух
дочерних клеток)
Кариокинез и цитокинез протекают синхронно
Митотический цикл - совокупность процессов, происходящих в клетке от одного деления до другого. Состоит из двух стадий:
· интерфаза (стадии покоя)
· митоз (стадии деления)
Термины «митоз» и «кариокинез» — синонимы
Интерфаза
предшествует митозу, в ней происходит синтез ДНК (длительность составляет не менее 90% клеточного цикла)
Различают три периода интерфазы;
ü пресинтетический (G1)
ü синтетический (S) -
ü постсинтетический (G2)
| 1 12-24 часа Синтез ДНК (около 5 часов) Около 4 часов Митоз (около 1,5 часов) |
Митоз
Состоит из четырех фаз:
ü профаза
ü метафаза
ü анафазы
ü телофазы
Митотический цикл и митоз
| Фазы | Процесс, происходящий в клетке | |
| Интерфаза (фаза между делениями клеток) | Пресинтетический период (G1) | Происходит накопление РНК и белков, в том числе и белков, необходимых для синтеза ДНК. Увеличивается количество митохондрий. Обычно этот период длится 12-24 часа. |
| Синтетический период (S) | Синтез (репликация) ДНК, в результате чего количество ее удваивается; синтез РНК и белков. Т.о наиболее фундаментальной особенностью S-периода является репликация генов и удвоение набора генов каждой дуплицированной хромосомы (двухроматидные хромосомы). Длительность S-периода обычно составляет около 5 часов. | |
| Постсиитетический период (G2) | Остановка синтеза ДНК и накопление энергии; продолжается синтез РНК и белков, формирующий нити веретена деления. Длительность составляет 3—6 часов. | |
| Митоз | Профаза (первая фаза деления) | Двухроматидные хромосомы спирализуются, ядрышки растворяются, центриоли расходятся, ядерная оболочка растворяется, образуются нити веретена деления (построено из микротрубочек и различных белков). Длительность составляет примерно 30-60 минут. |
| Метафаза (фаза скопления хромосом) | Нити веретена деления присоединяются к центромерам хромосом, двухроматидные хромосомы сосредоточиваются на экваторе клетки. Длительность метафазы составляет 2—10 минут | |
| Анафаза (фаза расхождения хромосом) | Центромеры делятся, однохроматидные хромосомы растягиваются нитями веретена деления к полюсам клетки. Анафаза длится 2-3 минуты | |
| Телофаза (фаза окончания деления) | Однохроматидные хромосомы деспирализуются, сформировывается ядрышко, восстанавливается ядерная оболочка, на экваторе начинает закладываться перегородка между клетками, растворяются нити веретена деления Образуется ядерная оболочка, вновь появляется ядрышко. Длительность составляет 20-30 минут. |
Продолжительность митотических циклов разных клеток различна и составляет от нескольких часов до нескольких дней. Однако она зависит от типа тканей, физиологического состояния, внешних факторов (температура, свет).
Разные ткани характеризуются разной митотической активностью.
В зависимости от митотической активности различают ткани:
стабильные (клетки не делятся, количество клеточной ДНК постоянно)
Пример: клетки центральной и периферической нервной системы. В этих клетках происходят лишь возрастные изменения
растущие (клетки живут всю жизнь, но среди последних имеются такие, которые делятся посредством митоза). Приводит к увеличению размеров органов.
Пример: ткани почек, желез внутренней секреции, скелетная и сердечная мускулатуры
обновляющиеся (многие клетки подвержены митозам, в результате чего погибающие клетки компенсируются вновь образующимися)
Пример: клетки желудочно-кишечного, дыхательного и мочеполового трактов, эпидермиса, костного мозга, семенников
Подсчитано, что организм взрослого человека ежедневно теряет около 1-2% своих клеток в результате их гибели.
Амитоз
Амитоз - прямое деление ядра клетки.
При амитозе сохраняется интерфазное состояние ядра, ядрышко, ядерная мембрана.
Ядро клетки делится на две части без формирования веретена, в результате чего образуется двухъядерная клетка.
Амитоз - аномальный механизм в размножении клеток (встречается иногда в клетках скелетной мускулатуры, кожного эпителия, соединительной ткани).
Мейоз
Происходит при образовании гамет (сперматозоидов и яйцеклеток) т
Исходная клетка имеет диплоидный набор хромосом, которые затем удваиваются.
 | При мейозе происходит кроссинговер- обмен гомологичными участками хромосом. |
Первое деление мейоза
Новые хромосомы расходятся и образуются клетки с диплоидным набором хромосом, но состав этих хромосом отличается от исходного - в них произошла рекомбинация.
Рекомбинация - перераспределение (перекомбинирование) генетического материала родителей, в результате чего у потомков появляются новые сочетания генов, определяющие новые сочетания признаков.
Это основа комбинативной изменчивости. У эукариотических организмов, размножающихся половым путём, рекомбинация происходит в мейозе при независимом расхождении хромосом и при обмене гомологичными участками между гомологичными хромосомами (кроссинговере). Возможна и т. н. незаконная рекомбинация, когда структурные перестройки затрагивают негомологичные хромосомы. Рекомбинации бывают и в половых, и, гораздо реже, в соматических клетках.
Второе деление мейоза
происходит без синтеза ДНК, поэтому при этом делении количество ДНК уменьшается вдвое. Из исходных клеток с диплоидным набором хромосом возникают гаметы с гаплоидным набором.
Из одной диплоидной клетки образуются четыре гаплоидных клетки.
В каждом деление мейоза выделяют четыре стадии:
ü профаза
ü метафаза
ü анафаза
ü телофаза
Схема мейоза.
Красным обозначены материнские хромосомы, синим - отцовские.
Клетки-организмы (одноклеточные организмы) размножаются простым делением надвое (бактерии, саркодовые), множественным делением (споровики и др.) или другим путем. Поэтому у бактерий и одноклеточных животных удвоение клеток представляет собой размножение их как самостоятельных организмов, поскольку из исходной формы (организма) образуется две новые клетки, каждая из которых является организмом. Каждая дочерняя клетка (организм) получает полную генетическую информацию, несомую исходной клеткой-организмом.
Мейоз
| Фазы | Процесс, происходящий в клетке | |
| Первое (I) мейотическое деление | профаза I | · Спирализация хромосом Сближение гомологичных хромосом (точка каждой хроматиды одной хромосомы совмещается с соответствующей точкой хроматиды другой, гомологичной хромосомы) Процесс точного и тесного сближения гомологичных хромосом в мейозе называют конъюгацией. · Кроссинговер Кроссинговеробмен участками гомологичных хромосом в процессе клеточного деления, что приводит к новому сочетанию генов и к изменению фенотипа. |
| метафаза I | Спирализация хромосом максимальна Конъюгированные хромосомы располагаются по экватору. К ним прикрепляются нити веретена деления. | |
| анафаза I | хромосомы расходятся к различным полюсам. хромосомный набор гаплоиден каждая хромосома состоит из двух хроматид (1n2с) | |
| телофаза I | восстанавливается ядерная оболочка материнская клетка делится на две дочерние | |
| Второе (II) мейотическое деление. | Протекает так же, как обычное митотическое деление, с той лишь разницей, что делящаяся клетка гаплоидна (1n2с). | |
| профаза II | по периферии ядра располагаются нитевидные хромосомы - униваленты, образуется веретено деления, хромосомы, приближаются к плоскости экватора | |
| метафаза II | хромосомы выстраиваются вдоль экватора. К ним подходят нити веретена деления | |
| анафаза II | хроматиды расходятся и увлекаются нитями веретена от плоскости экватора к противоположным полюсам. | |
| телофаза II | хромосомы истончаются, образуя нити, и у полюсов формируются ядра дочерних клеток. |
Биологическое значение мейоза:
ü образуются хромосомы обновленного генетического состава благодаря кроссинговеру между гомологичными хромосомами;
ü достигается наследственная разнородность гамет, так как во время первого мейотического деления из пары гомологичных хромосом в одну из двух гамет отходит материнская хромосома, в другую - отцовская;
ü после оплодотворения гаплоидные гаметы (1n1с) от отца и матери создают диплоидное ядро зиготы с числом хромосом, присущим данному виду.
мейоз — основа комбинативной генетической изменчивости
РАЗМНОЖЕНИЕ
Размножение — это свойство организмов производить потомство или способность организмов к самовоспроизведению.
Различают два основных способа размножения:
· бесполое
· половое
а – бесполое размножение (одна особь производит двух или большее число потомков); б – половое размножение (две гаметы от двух родительских особей, соединяясь, дают начало новому организму)
Полове размножение, или амфимиксис (от греч. amphi — с обеих сторон, mixis — смешение).- участвует два родителя, каждый из которых имеет собственную репродуктивную систему и продуцирует гаметы.
Следовательно, при половом размножении имеет место смешение наследственных факторов.
Бесполое размножение, или апомиксис (от греч. аро — без, mixis — смешение), - процесс, в котором участвует лишь один родитель (клетка или многоклеточный организм).
Половое размножение
встречается у:
· одноклеточных
· многоклеточных (растений и животных).
Формы полового процесса:
· Конъюгация
· копуляция
· образованием гамет
Конъюгация у бактерий - способ переноса генетического материала от одной бактериальной клетки к другой
Копуляция - у одноклеточных животных (паразитические споровики)
заключается в слиянии двух особей, которые являются гаметами, в одну (споровая форма), из которой затем развивается новый организм.
У многоклеточных организмов половое размножение связано с образованием гамет, оплодотворением и образованием зигот
| Гаметогенез- процесс образования (роста и дифференциации) мужских и женских половых клеток Гаметогенез основан на мейозе Сперматогонии - диплоидные соматические клетки из которых образуются сперматозоиды Овогонии - соматические клетки, из которых образуются яйцеклетки вследствие неравномерного мейоза лишь из одной клетки получается жизнеспособная яйцеклетка. Три другие мельче, превращаются в редукционные тельца и вскоре погибают. | Схема гаметогенеза а – сперматогенез; б – овогенез  |
Биологический смысл образования только одной яйцеклетки и гибели трех полноценных (с генетической точки зрения) направительных телец обусловлен необходимостью сохранения в одной клетке всех запасных питательных веществ, которые понадобятся для развития будущего зародыша.
Чередование поколений
Закономерная смена в жизненном цикле организмов генераций, различающихся способом размножения. В этом случае одно или несколько бесполых поколений организмов сменяется поколением организмов, размножающихся половым путем.
Характерно для организмов, размножающихся как половым, так и бесполым путем.
Различают чередование поколений:
· первичное
· вторичное
Первичное чередование поколений заключается в регулярном чередовании полового и бесполого поколений
Встречается:
- простейших
- водорослей
- высших растений.
У растений половое поколение представлено гаметофитом, бесполое— спорофитом.
 | Чередование поколений у высших споровых растений Механизм первичного чередования заключается в том, что на растениях спорофитного поколения развиваются споры, которые на основе мейоза дают гаплоидные мужские и женские гаметофиты. На последних развиваются спермии и яйцеклетки. Оплодотворение яйцеклетки дает начало диплоидному спорофиту. Таким образом, клетки гаметофита содержат гаплоидный набор хромосом, а спорофита — диплоидный набор, т. е. у растений чередование поколений связано со сменой гаплоидного и диплоидного состояний. |
Чередование поколений:
· изоморфное - сходство по морфологии и продолжительности жизни между спорофитом и гаметофитом
· гетероморфное - различия по этим признакам
| Изоморфная смена поколений (ульва) | Гетероморфная смена поколений плаун) |
 |   |