О живых организмах известно, что они дышат, питаются, размножаются и погибают, в этом состоит их биологическая функция. Но за счет чего это все происходит? За счет кирпичиков - клеток, которые тоже дышат, питаются, погибают и размножаются. Но как это происходит?
О строении клеток
Дом состоит из кирпичей, блоков или бревен. Так и организм можно разделить на элементарные единицы - клетки. Все разнообразие живых существ состоит именно из них, отличие лежит лишь в их количестве и видах. Из них состоят мышцы, костная ткань, кожа, все внутренние органы - настолько сильно они различаются в своем назначении. Но вне зависимости от того, какие функции выполняет та или иная клетка, все они устроены примерно одинаково. Прежде всего, у любого "кирпичика" есть оболочка и цитоплазма с расположенными в ней органоидами. Некоторые клетки не имеют ядра, их называют прокариотическими, однако все более или менее развитые организмы состоят из эукариотических, имеющих ядро, в котором хранится генетическая информация.
Органоиды, расположенные в цитоплазме, разнообразны и интересны, они выполняют важные функции. В клетках животного происхождения выделяют эндоплазматическую сеть, рибосомы, митохондрии, комплекс Гольджи, центриоли, лизосомы и двигательные элементы. С помощью них и происходят все процессы, которые обеспечивают функционирование организма.
Жизнедеятельность клеток
Как уже было сказано, все живое питается, дышит, размножается и умирает. Это утверждение справедливо как для цельных организмов, то есть людей, животных, растений и т. д., так и для клеток. Это удивительно, но каждый "кирпичик" обладает своей собственной жизнью. За счет своих органоидов он получает и перерабатывает питательные вещества, кислород, выводит все лишнее наружу. Сама цитоплазма и эндоплазматическая сеть выполняют транспортную функцию, митохондрии отвечают в том числе за дыхание, а также обеспечение энергией. Комплекс Гольджи занимается накоплением и выводом продуктов жизнедеятельности клетки. Остальные органоиды также участвуют в сложных процессах. И на определенном этапе своего начинает делиться, то есть происходит процесс размножения. Его стоит рассмотреть более подробно.
Процесс деления клеток
Размножение - одна из стадий развития живого организма. То же относится и к клеткам. На определенном этапе жизненного цикла они входят в состояние, когда становятся готовы к размножению. просто делятся надвое, удлиняясь, а потом образовывая перегородку. Этот процесс прост и практически полностью изучен на примере палочковидных бактерий.
С все обстоит несколько сложнее. Они размножаются тремя разными способами, которые называются амитоз, митоз и мейоз. Каждый из этих путей имеет свои особенности, он присущ определенному виду клеток. Амитоз
считается самым простым, его также называют прямым бинарным делением. При нем происходит удвоение молекулы ДНК. Однако веретено деления не образуется, так что этот способ является наиболее энергетически экономичным. Амитоз наблюдается у одноклеточных организмов, в то время как ткани многоклеточных размножаются с помощью других механизмов. Однако он иногда наблюдается и там, где снижена митотическая активность, например, в зрелых тканях.
Иногда прямое деление выделяют как разновидность митоза, однако некоторые ученые считают это отдельным механизмом. Протекание этого процесса даже в старых клетках происходит довольно редко. Далее будут рассмотрены мейоз и его фазы, процесс митоза, а также сходства и различия этих способов. По сравнению с простым делением они более сложны и совершенны. Особенно это касается редукционного деления, так что характеристика фаз мейоза будет наиболее подробной.
Важную роль в делении клетки имеют центриоли - специальные органоиды, как правило, располагающиеся рядом с комплексом Гольджи. Каждая такая структура состоит из 27 микротрубочек, сгруппированных по три. Вся конструкция имеет цилиндрическую форму. Центриоли непосредственно участвуют в формировании веретена деления клетки в процессе непрямого деления, о котором речь пойдет дальше.
Митоз
Продолжительность существования клеток различается. Некоторые живут пару дней, а какие-то можно отнести к долгожителям, поскольку их полная смена происходит очень редко. И практически все эти клетки размножаются с помощью митоза. У большинства из них между периодами деления проходит в среднем 10-24 часа. Сам митоз занимает небольшой период времени - у животных примерно 0,5-1
час, а у растений около 2-3. Этот механизм обеспечивает рост клеточной популяции и воспроизводство идентичных по своему генетическому наполнению единиц. Так соблюдается преемственность поколений на элементарном уровне. При этом число хромосом остается неизменным. Именно этот механизм является наиболее распространенным вариантом репродукции эукариотических клеток.
Значение этого вида деления велико - этот процесс помогает расти и регенерировать тканям, за счет чего происходит развитие всего организма. Кроме того, именно митоз лежит в основе бесполого размножения. И еще одна функция - перемещение клеток и замена уже отживших. Поэтому считать, что из-за того, что стадии мейоза сложнее, то и его роль гораздо выше, неправильно. Оба эти процесса выполняют разные функции и по-своему важны и незаменимы.
Митоз состоит из нескольких фаз, различающихся по своим морфологическим особенностям. Состояние, в котором клетка находится, будучи готовой к непрямому делению, называют интерфазой, а непосредственно процесс разделяется еще на 5 стадий, которые необходимо рассмотреть подробнее.
Фазы митоза
Находясь в интерфазе, клетка готовится к делению: происходит синтез ДНК и белков. Эта стадия подразделяется на еще несколько, в ходе которых происходит рост всей структуры и удвоение хромосом. В этом состоянии клетка пребывает до 90% всего жизненного цикла.
Остальные 10% занимает непосредственно деление, разделяющееся на 5 стадий. При митозе клеток растений также выделяется препрофаза, которая отсутствует во всех других случаях. Происходит образование новых структур, ядро перемещается к центру. Формируется препрофазная лента, размечающая предполагаемое место будущего деления.
Во все же остальных клетках процесс митоза проходит следующим образом:
Таблица 1
| Наименование стадии | Характеристика |
| Профаза | Ядро увеличивается в размерах, хромосомы в нем спирализуются, становятся видимыми в микроскоп. В цитоплазме образуется веретено деления. Зачастую происходит распад ядрышка, однако это происходит не всегда. Содержание генетического материала в клетке остается неизменным. |
| Прометафаза | Происходит распад ядерной мембраны. Хромосомы начинают активное, но беспорядочное движение. В конечном счете, все они приходят в плоскость метафазной пластинки. Этот этап длится до 20 минут. |
| Метафаза | Хромосомы выстраиваются вдоль экваториальной плоскости веретена деления примерно на равном расстоянии от обоих полюсов. Численность микротрубочек, удерживающих всю конструкцию в стабильном состоянии, достигает максимума. Сестринские хроматиды отталкиваются друг от друга, сохраняя соединение лишь в центромере. |
| Анафаза | Наиболее короткая стадия. Хроматиды разделяются и отталкиваются друг от друга в направлении ближайших полюсов. Этот процесс иногда выделяют отдельно и называют анафазой А. В дальнейшем происходит расхождение самих полюсов деления. В клетках некоторых простейших веретено деления при этом увеличивается в длину до 15 раз. И этот подэтап носит название анафаза В. Длительность и последовательность процессов на данной стадии вариабельна. |
| Телофаза | После окончания расхождения к противоположным полюсам хроматиды останавливаются. Происходит деконденсация хромосом, то есть их увеличение в размерах. Начинается реконструкция ядерных оболочек будущих дочерних клеток. Микротрубочки веретена деления исчезают. Формируются ядра, возобновляется синтез РНК. |
После завершения деления генетической информации происходит цитокинез или цитотомия. Под этим термином подразумевается образование тел дочерних клеток из тела материнской. При этом органоиды, как правило, делятся пополам, хотя возможны исключения, образуется перегородка. Цитокинез не выделяют в отдельную фазу, как правило, рассматривая его в рамках телофазы.
Итак, в самых интересных процессах задействованы хромосомы, которые несут генетическую информацию. Что же это такое и почему они так важны?
О хромосомах
Еще не имея ни малейшего понятия о генетике, люди знали, что многие качества потомства зависят от родителей. С развитием биологии стало очевидно, что информация о том или ином организме хранится в каждой клетке, и часть ее передается будущим поколениям.
В конце 19 века были открыты хромосомы - структуры, состоящие из длинной
молекулы ДНК. Это стало возможно с совершенствованием микроскопов, и даже сейчас рассмотреть их можно лишь в период деления. Чаще всего открытие приписывают немецкому ученому В. Флемингу, который не только упорядочил все то, что было изучено до него, но и внес свой вклад: он одним из первых исследовал клеточную структуру, мейоз и его фазы, а также ввел термин "митоз". Само понятие "хромосома" было предложено чуть позже другим ученым - немецким гистологом Г. Вальдейером.
Структура хромосом в момент, когда они четко видны, довольно проста - они представляют собой две хроматиды, соединенные посередине центромерой. Она является специфической последовательностью нуклеотидов и играет важную роль в процессе размножения клеток. В конечном итоге хромосома внешне в профазе и метафазе, когда ее можно лучше всего разглядеть, напоминается букву Х.
В 1900 году были открыты описывающие принципы передачи наследственных признаков. Тогда стало окончательно ясно, что хромосомы - это именно то, с помощью чего передается генетическая информация. В дальнейшем учеными был проведен ряд экспериментов, доказывающих это. И тогда предметом изучения стало и то влияние, котрое на них оказывает деление клетки.
Мейоз
В отличие от митоза этот механизм в итоге приводит к образованию двух клеток с набором хромосом в 2 раза меньше исходного. Таким образом процесс мейоза служит переходом от диплоидной фазы к гаплоидной, причем в первую очередь
речь идет о делении ядра, а уже во вторую - всей клетки. Восстановление же полного набора хромосом происходит в результате дальнейшего слияния гамет. В связи с уменьшением количества хромосом этот метод еще определяют как редукционное деление клетки.
Мейоз и его фазы изучали такие известные ученые, как В. Флеминг, Э. Страсбургрер, В. И. Беляев и другие. Исследование этого процесса в клетках как растений, так и животных, продолжается до сих пор - настолько он сложен. Изначально этот процесс считался вариантом митоза, однако практически сразу после открытия он все-таки был выделен как отдельный механизм. Характеристика мейоза и его теоретическое значение были впервые в достаточной степени описаны Августом Вайсманом еще в 1887 году. С тех пор изучение процесса редукционного деления сильно продвинулось, но сделанные выводы пока не были опровергнуты.
Мейоз не следует путать с гаметогенезом, хотя оба эти процесса тесно связаны. В образовании половых клеток участвуют оба механизма, однако между ними есть ряд серьезных отличий. Мейоз происходит в две стадии деления, каждая из которых состоит из 4 основных фаз, между ними есть короткий перерыв. Длительность всего процесса зависит от количества ДНК в ядре и структуры хромосомной организации. В целом он гораздо более продолжителен в сравнении с митозом.
Кстати, одна из основных причин значительного видового разнообразия - именно мейоз. Набор хромосом в результате редукционного деления разбивается надвое, так что появляются новые комбинации генов, в первую очередь потенциально повышающие приспособляемость и адаптивность организмов, в итоге получающих те или иные наборы признаков и качеств.
Фазы мейоза
Как уже было упомянуто, редукционное клеточное деление условно делят на две стадии. Каждая из этих стадий разделена еще на 4. И первая фаза мейоза - профаза I в свою очередь подразделяется еще на 5 отдельных этапов. Поскольку изучение этого процесса продолжается, в дальнейшем могут быть выделены и другие. Сейчас же различают следующие фазы мейоза:
Таблица 2
| Наименование стадии | Характеристика |
| Первое деление (редукционное) | |
Профаза I | |
| лептотена | По-другому этот этап называют стадией тонких нитей. Хромосомы выглядят в микроскопе как спутанный клубок. Иногда выделяют пролептотену, когда отдельные ниточки еще сложно разглядеть. |
| зиготена | Стадия сливающихся нитей. Гомологичные, то есть сходные между собой по морфологии и в генетическом отношении, пары хромосом сливаются. В процессе слияния, то есть конъюгации, образуются биваленты, или тетрады. Так называют довольно устойчивые комплексы из пар хромосом. |
| пахитена | Стадия толстых нитей. На этом этапе хромосомы спирализуются и завершается репликация ДНК, образуются хиазмы - точки контакта отдельных частей хромосом - хроматид. Происходит процесс кроссинговера. Хромосомы перекрещиваются и обмениваются некоторыми участками генетической информации. |
| диплотена | Также называется стадией двойных нитей. Гомологичные хромосомы в бивалентах отталкиваются друг от друга и остаются связанными только в хиазмах. |
| диакинез | На этой стадии биваленты расходятся на периферии ядра. |
| Метафаза I | Оболочка ядра разрушается, формируется веретено деления. Биваленты перемещаются к центру клетки и выстраиваются вдоль экваториальной плоскости. |
| Анафаза I | Биваленты распадаются, после чего каждая хромосома из пары перемещается к ближайшему полюсу клетки. Разделения на хроматиды не происходит. |
| Телофаза I | Завершается процесс расхождения хромосом. Происходит формирование отдельных ядер дочерних клеток, каждое - с гаплоидным набором. Хромосомы деспирализуются, образуется ядерная оболочка. Иногда наблюдается цитокинез, то есть деление самого тела клетки. |
| Второе деление (эквационное) | |
| Профаза II | Происходит конденсация хромосом, клеточный центр делится. Разрушается ядерная оболочка. Образуется веретено деления, перпендикулярное первому. |
| Метафаза II | В каждой из дочерних клеток хромосомы выстраиваются вдоль экватора. Каждая из них состоит из двух хроматид. |
| Анафаза II | Каждая хромосома делится на хроматиды. Эти части расходятся к противоположным полюсам. |
| Телофаза II | Полученные однохроматидные хромосомы деспирализуются. Образуется ядерная оболочка. |
Итак, очевидно, что фазы деления мейоза гораздо сложнее, чем процесс митоза. Но, как уже было упомянуто, это не умаляет биологической роли непрямого деления, поскольку они выполняют разные функции.
Кстати, мейоз и его фазы наблюдаются и у некоторых простейших. Однако, как правило, он включает в себя лишь одно деление. Предполагается, что такая одноступенчатая форма позднее развилась в современную, двухступенчатую.
Отличия и сходства митоза и мейоза
На первый взгляд кажется, что различия двух этих процессов очевидны, ведь это совершенно разные механизмы. Однако при более глубоком анализе оказывается, что различия митоза и мейоза не так уж глобальны, в конце концов они приводят к образованию новых клеток.
Прежде всего стоит поговорить о том, что есть общего у этих механизмов. По сути совпадения всего два: в одинаковой последовательности фаз, а также в том, что
перед обоими видами деления происходит репликация ДНК. Хотя, что касается мейоза, до начала профазы I этот процесс не завершается полностью, заканчиваясь на одной из первых подстадий. А последовательность фаз хоть и аналогична, но, по сути, происходящие в них события совпадают не полностью. Так что сходства митоза и мейоза не так уж и многочисленны.
Различий же гораздо больше. Прежде всего, митоз происходит в в то время как мейоз тесно связан с образованием половых клеток и спорогенезом. В самих фазах процессы не полностью совпадают. Например, кроссинговер в митозе происходит во время интерфазы, и то не всегда. Во втором же случае на этот процесс приходится анафаза мейоза. Рекомбинация генов в непрямом делении обычно не осуществляется, а значит, он не играет никакой роли в эволюционном развитии организма и поддержании внутривидового разнообразия. Количество получившихся в результате митоза клеток - две, и они в генетическом смысле идентичны материнской и обладают диплоидным набором хромосом. Во время редукционного деления все иначе. Результат мейоза - 4 отличающихся от материнской. Кроме того, оба механизма значительно различаются по длительности, и это связано не только с различием в количестве ступеней деления, но и длительностью каждого из этапов. Например, первая профаза мейоза длится намного дольше, ведь в это время происходит конъюгация хромосом и кроссинговер. Именно поэтому ее дополнительно делят на несколько стадий.
В общем и целом сходства митоза и мейоза достаточно незначительны по сравнению с их отличиями друг от друга. Перепутать эти процессы практически невозможно. Поэтому сейчас даже несколько удивляет то, что редукционное деление раньше считалось разновидностью митоза.
Последствия мейоза
Как уже было упомянуто, после окончания процесса редукционного деления, вместо материнской клетки с диплоидным набором хромосом образуются четыре гаплоидных. И если говорить про различия митоза и мейоза - это самое значительное. Восстановление необходимого количества, если речь идет о половых клетках, происходит после оплодотворения. Таким образом, с каждым новым поколением не происходит удвоения количества хромосом.
Кроме того, во время мейоза происходит В процессе размножения это приводит к поддержанию внутривидового разнообразия. Так что тот факт, что даже родные братья и сестры порой сильно отличаются друг от друга - именно результат мейоза.
Кстати, стерильность некоторых гибридов в животном мире - тоже проблема редукционного деления. Дело в том, что хромосомы родителей, принадлежащих к разным видам, не могут вступить в конъюгацию, а значит, процесс образования полноценных жизнеспособных половых клеток невозможен. Таким образом, именно мейоз лежит в основе эволюционного развития животных, растений и других организмов.
Размножение клеток – один из важнейших биологических процессов, является необходимым условием существования всего живого. Репродукция осуществляется путем деления исходной клетки.
Клетка – это наименьшая морфологическая единица строения любого живого организма, способная к самопроизводству и саморегуляции. Время ее существования от деления до гибели или же последующей репродукции называется клеточным циклом.
Ткани и органы состоят из различных клеток, которые имеют свой период существования. Каждая из них растет и развивается, чтобы обеспечивать жизнедеятельность организма. Длительность митотического периода различна: клетки крови и кожи входят в процесс деления каждые 24 часа, а нейроны способны к репродукции только у новорожденных, а затем вовсе утрачивают способность к размножению.
Существует 2 вида деления — прямое и непрямое . Соматические клетки размножаются непрямым путем, гаметам или половым клеткам присущ мейоз (прямое деление).
Митоз — непрямое деление
Митотический цикл
Митотический цикл включает 2 последовательных этапа: интерфазу и митотическое деление.
Интерфаза (стадия покоя) – подготовка клетки к дальнейшему разделению, где совершается дублирование исходного материала, с последующим его равномерным распределением между новообразованными клетками. Она включает 3 периода:
- Пресинтетический (G-1) G – от английского gar, то есть промежуток, идет подготовка к последующему синтезу ДНК, выработка ферментов. Экспериментально проводилось ингибирование первого периода, вследствие чего клетка не вступала в следующую фазу.
- Синтетический (S) — основа клеточного цикла. Происходит репликация хромосом и центриолей клеточного центра. Только после этого клетка может перейти к митозу.
- Постсинтетический (G-2) или премитотический период — происходит накопление иРНК, которая нужна для наступления собственно митотического этапа. В G-2 периоде синтезируются белки (тубулины) – основная составляющая митотического веретена.
После окончания премитотического периода начинается митотическое деление . Процесс включает 4 фазы:
- Профаза
– в этот период разрушается ядрышко, растворяется мембрана ядра (нуклеолема), центриоли располагаются на противоположных полюсах, формируя аппарат для деления. Имеет две подфазы:
- ранняя — видны нитеобразные тела (хромосомы), они еще не четко отделены друг от друга;
- поздняя — прослеживаются отдельные части хромосом.
- Метафаза – начинается с момента разрушения нуклеолемы, когда хромосомы хаотично лежат в цитоплазме и только начинают двигаться к экваториальной плоскости. Между собой все пары хроматид связаны в месте центромеры.
- Анафаза – в один момент разобщаются все хромосомы и движутся к противоположным точкам клетки. Это короткая и очень важная фаза, поскольку именно в ней происходит точный раздел генетического материала.
- Телофаза – хромосомы останавливаются, снова образуется ядерная мембрана, ядрышка. Посередине образуется перетяжка, она делит тело материнской клетки на две дочерние, завершая митотический процесс. В новообразованных клетках снова начинается G-2 период.
Мейоз — прямое деление
Мейоз — прямое деление
Существует особый процесс репродукции, встречающийся только в половых клетках (гаметах) – это мейоз (прямое деление) . Отличительной чертой для него является отсутствие интерфазы. Мейоз из одной исходной клетки дает четыре, с гаплоидным набором хромосом. Весь процесс прямого деления включает два последовательных этапа, которые состоят из профазы, метафазы, анафазы и телофазы.
Перед началом профазы у половых клетках происходит удвоение исходного материала, таким образом, она становится тетраплоидной.
Профаза 1:
- Лептотена — хромосомы просматриваются в виде тоненьких ниток, происходит их укорочение.
- Зиготена — стадия конъюгации гомологичных хромосом, как следствие образуются биваленты. Конъюгация важный момент мейоза, хромосомы максимально сближаются друг с другом, чтобы осуществить кроссинговер.
- Пахитена — происходит утолщение хромосом, их все большее укорочение, идет кроссинговер (обмен генетической информацией между гомологичными хромосомами, это основа эволюции и наследственной изменчивости).
- Диплотена – стадия удвоенных нитей, хромосомы каждого бивалента расходятся, сохраняя связь только в области перекреста (хиазмы).
- Диакинез — ДНК начинает конденсироваться, хромосомы становятся совсем короткими и расходятся.
Профаза заканчивается разрушением нуклеолемы и формированием веретена деления.
Метафаза 1 : биваленты расположены посередине клетки.
Анафаза 1 :к противоположным полюсам движутся удвоенные хромосомы.
Телофаза 1 :завершается процесс деления, клетки получают по 23 бивалента.
Без последующего удвоения материала клетка вступает во второй этап деления.
Профаза 2 : снова повторяются все процессы, которые были в профазе 1,а именно конденсация хромосом, что хаотично располагаются между органеллами.
Метафаза 2 : две хроматиды, соединенные в месте перекреста (униваленты), располагаются в экваториальной плоскости, создавая пластинку, названную метафазной.
Анафаза 2: — унивалент разделяется на отдельные хроматиды или монады, и они направляются к разным полюсам клетки.
Телофаза 2
: процесс деления завершается, формируется ядерная оболочка, и каждая клетка получает по 23 хроматиды.
Мейоз – важный механизм в жизни всех организмов. В результате такого деления мы получаем 4 гаплоидные клетки, которые имеют половину нужного набора хроматид. Во время оплодотворения две гаметы образуют полноценную диплоидную клетку, сохраняя присущей ей кариотип.
Сложно представить наше существования без мейотического деления, иначе все организмы с каждым последующим поколение получали бы удвоенные наборы хромосом.
Сравнительная характеристика митоза и мейоза
Митоз , или непрямое деление, наиболее широко распространен в природе. Митоз лежит в основе деления всех неполовых клеток (эпителиальных, мышечных, нервных, костных и др.)
Мейоз -- это деление в зоне созревания половых клеток, сопровождающееся уменьшением числа хромосом вдвое.
Сравнение митоза и мейоза
|
Вопросы для сравнения |
||
|
1) Какие изменения происходят в ядре до начала деления (в интерфазе)? |
Удвоение ДНК, синтез белков и других органических веществ клетки, удвоение органоидов клетки, синтез АТФ |
Удвоение ДНК (только перед мейозом I), синтез белков, синтез АТФ. Перед вторым делением интерфаза короткая, т.к. удвоения ДНК не происходит |
|
2) Каковы фазы деления? |
Профаза, метафаза, анафаза, телофаза |
Два этапа деления:
|
|
3) Характерна ли конъюгация гомологических хромосом? |
Нет, не характерна |
Да, характерна конъюгация |
|
4) Какое число хромосом получает каждая дочерняя клетка? |
n, гаплоидный (одинарный) |
2n, диплоидный (двойной) |
|
5) Где происходит данный процесс? |
В зоне роста, в зоне деления соматических клеток (например, на кончике корня, в узлах и на верхушке побега рост стебля в длину, в камбиальном слое - рост корня и стебля в ширину, на концах трубчатых костей - рост костей в длину, в надкостнице - рост костей в ширину) |
В зоне созревания |
|
6) Какое значение имеет для существования вида? |
Размножение одноклеточных организмов бесполым способом (путем деления), рост организмов, регенерация, передача наследственных признаков от материнского организма дочернему организму |
Образуются новые половые клетки, предшествует половому размножению; эволюционное значение, характерна изменчивость в основном благодаря конъюгации |
|
1 деление |
2 деление |
||
|
Интерфаза |
Набор хромосом 2n Идет интенсивный синтез белков, АТФ и других органических веществ Удваиваются хромосомы, каждая оказывается состоящей из двух сестринских хроматид, скрепленных общей центромерой. |
Набор хромосом 2n Наблюдаются те же процессы, что и в митозе, но более продолжительна, особенно при обра-зовании яйцеклеток. |
Набор хромосом гаплоидный (n). Синтез органических веществ отсутствует. |
|
Непродолжительна, происходит спирализация хромосом, исчезают ядерная оболочка, ядрышко, образуется веретено деления |
Более длительна. В начале фазы те же процессы, что и в митозе. Кроме того, происходит конъюгация хромосом, при которой гомологичные хромосомы сближаются по всей длине и скру-чиваются. При этом может происходить обмен генетической информацией (перекрест хромосом) --кроссинговер. Затем хромосомы расходятся. |
Короткая; те же процессы, что и в митозе, но при n хромосом. |
|
|
Метафаза |
Происходит дальнейшая спирализация хромосом, их центромеры располагаются по экватору. |
Происходят процессы, аналогичные тем, что и в митозе. |
Происходит то же, что и в митозе, но при nхромосом. |
|
Центромеры, скрепляющие се-стринские хроматиды, делятся, каждая из них становится новой хромосомой и отходит к противоположным полюсам. |
Центромеры не делятся. К противоположным полюсам отходит одна из гомологичных хро-мосом, состоящая из двух хроматид, скрепленных общей центромерой. |
Происходит то же, что и в митозе, но при n хромосом. |
|
|
Телофаза |
Делится цитоплазма, образуются две дочерние клетки, каждая с диплоидным набором хромосом. Исчезает веретено деления, формируются ядрышки. |
Длится недолго Гомологичные хро-мосомы попадают в разные клетки с гаплоидным набором хромосом. Цитоплазма делится не всегда. |
Делится цитоплазма. После двух мейотических делений образуется 4 клетки с гаплоидным набором хромосом. |
Сходства:
- Ш Имеют одинаковые фазы деления
- Ш Перед митозом и мейозом происходит самоудвоение хромосом, спирализация и удвоение молекул ДНК
митоз мейоз деление клетка
Развитие и рост живых организмов невозможен без процесса деления клеток. В природе существует несколько видов и способов деления. В данной статье мы кратко и понятно расскажем о митозе и мейозе, разъясним основное значение этих процессов, познакомим с тем, чем отличаются они, а чем схожи.
Митоз
Процесс непрямого деления, или митоз, чаще всего встречается в природе. На нём основывается деление всех существующих неполовых клеток, а именно мышечных, нервных, эпителиальных и прочих.
Состоит митоз из четырёх фаз: профазы, метафазы, анафазы и телофазы. Основная роль данного процесса - равномерное распределение генетического кода от родительской клетки к двум дочерним. При этом клетки нового поколения один к одному схожи с материнскими.
Рис. 1. Схема митоза
Время между процессами деления называются интерфазой . Чаще всего интерфаза гораздо длиннее митоза. Для этого периода характерны:
- синтез белка и молекулы АТФ в клетке;
- удваивание хромосом и образование двух сестринских хроматид;
- увеличение числа органоидов в цитоплазме.
Мейоз
Деление половых клеток называется мейозом, оно сопровождается уменьшением числа хромосом вдвое. Особенность данного процесса состоит в том, что проходит он в два этапа, которые непрерывно следуют друг за другом.
ТОП-4 статьи которые читают вместе с этой
Интерфаза между двумя этапами деления мейоза настолько кратковременна, что практически незаметна.
Рис. 2. Схема мейоза
Биологическим значением мейоза является образование чистых гамет, которые содержат гаплоидный, другими словами одинарный, набор хромосом. Диплоидность восстанавливается после оплодотворения, то есть слияния материнской и отцовской клетки. В результате слияния двух гамет образуется зигота с полным набором хромосом.
Уменьшение числа хромосом при мейозе очень важно, так как в противном случае при каждом делении число хромосом увеличивалось бы. Благодаря редукционному делению поддерживается постоянное число хромосом.
Сравнительная характеристика
Отличие митоза и мейоза состоит в продолжительности фаз и происходящих в них процессах. Ниже предлагаем вам таблицу «Митоз и мейоз», где указаны основные различия двух способов деления. Фазы мейоза такие же, как и у митоза. Подробнее узнать о сходствах и различиях двух процессов вы сможете в сравнительной характеристике.
|
Фазы |
Митоз |
Мейоз |
|
|
Первое деление |
Второе деление |
||
|
Интерфаза |
Набор хромосом материнской клетки диплоидный. Синтезируется белок, АТФ и органические вещества. Хромосомы удваиваются, образуются две хроматиды, соединённые центромерой. |
Диплоидный набор хромосом. Происходят те же действия, что и при митозе. Отличием является продолжительность, особенно при образовании яйцеклеток. |
Гаплоидный набор хромосом. Синтез отсутствует. |
|
Непродолжительная фаза. Растворяются ядерные мембраны и ядрышко, формируется веретено деления. |
Занимает больше времени, чем при митозе. Также исчезают ядерная оболочка и ядрышко, формируется веретено деления. Помимо этого наблюдается процесс конъюгации (сближение и слияние гомологичных хромосом). При этом происходит кроссинговер - обмен генетической информации на некоторых участках. После хромосомы расходятся. |
По продолжительности - короткая фаза. Процессы такие же, как и при митозе, только с гаплоидными хромосомами. |
|
|
Метафаза |
Наблюдается спирализация и расположение хромосом в экваториальной части веретена. |
Аналогично митозу |
Тоже, что и при митозе, только с гаплоидным набором. |
|
Центромеры делятся на две самостоятельные хромосомы, которые расходятся к разным полюсам. |
Деление центромер не происходит. К полюсам отходит одна хромосома, состоящая из двух хроматид. |
Аналогично митозу, только с гаплоидным набором. |
|
|
Телофаза |
Цитоплазма делится на две одинаковые дочерние клетки с диплоидным набором, образуются ядерные мембраны с ядрышками. Веретено деления исчезает. |
По длительности непродолжительная фаза. Гомологичные хромосомы располагаются в разных клетках с гаплоидным набором. Цитоплазма делится не во всех случаях. |
Цитоплазма делится. Образуется четыре гаплоидные клетки. |
Рис. 3. Сравнительная схема митоза и мейоза
Что мы узнали?
В природе деление клеток отличается в зависимости от их назначения. Так, например, неполовые клетки делятся путём митоза, а половые - мейоза. Эти процессы имеют схожие схемы деления на некоторых этапах. Главным отличием является наличие числа хромосом у образованного нового поколения клеток. Так при митозе у новообразованного поколения диплоидный набор, а при мейозе гаплоидный набор хромосом. Время протекания фаз деления также отличаются. Огромную роль в жизнедеятельности организмов играют оба способа деления. Без митоза не проходит ни одно обновление старых клеток, репродукция тканей и органов. Мейоз помогает поддерживать постоянное количество хромосом в новообразованном организме при размножении.
Тест по теме
Оценка доклада
Средняя оценка: 4.3 . Всего получено оценок: 3417.
Жизненный цикл – это время существования клетки от момента ее образования путем деления материнской клетки до собственного деления или естественной гибели. У клеток сложного организма (например, человека) жизненный цикл клетки может быть различным. Высокоспециализированные клетки (эритроциты, нервные клетки, клетки поперечнополосатой мускулатуры) не размножаются. Их жизненный цикл состоит из рождения, выполнения предназначенных функций, гибели (гетерокаталитической интерфазы).
Важнейшим компонентом клеточного цикла являетсямитотический (пролиферативный) цикл . Он представляет собой комплекс взаимосвязанных и согласованных явлений во время деления клетки, а также до и после него. Митотический цикл – это совокупность процессов, происходящих в клетке от одного деления до следующего и заканчивающихся образованием двух клеток следующей генерации. Кроме этого, в понятие жизненного цикла входят также период выполнения клеткой своих функций и периоды покоя. В это время дальнейшая клеточная судьба неопределенна: клетка может начать делиться (вступает в митоз) либо начать готовиться к выполнению специфических функций.
Митоз – это основной тип деления соматических эукариотических клеток. Процесс деления включает в себя несколько последовательных фаз и представляет собой цикл. Его продолжительность различна и составляет у большинства клеток от 10 до 50 ч. При этом у клеток тела человека продолжительность самого митоза составляет 1–1,5 ч, G2-периода интерфазы – 2–3 ч, S-периода интерфазы – 6-10 ч.
Митоз.
Митотический цикл состоит из четырех последовательных периодов: пресинтетического (или постмитотического) G1, синтетического S, постсинтетического (или премитотического) G2, составляющих интерфазу (подготовительный преиод) , и собственно митоза (рис.1).
Стадии интерфазы:
1) пресинтетическая (G1). Идет сразу после деления клетки. Синтеза ДНК еще не происходит. Клетка активно растет в размерах, запасает вещества, необходимые для деления: белки (гистоны, структурные белки, ферменты), РНК, молекулы АТФ. Происходит деление митохондрий и хлоропластов (т. е. структур, способных к ауторепродукции). Восстанавливаются черты организации интерфазной клетки после предшествующего деления;
2) синтетическая (S). Происходит удвоение генетического материала путем репликации ДНК. Она происходит полуконсервативным способом, когда двойная спираль молекулы ДНК расходится на две цепи и на каждой из них синтезируется комплементарная цепочка.
В итоге образуются две идентичные двойные спирали ДНК, каждая из которых состоит из одной новой и старой цепи ДНК. Количество наследственного материала удваивается. Кроме этого, продолжается синтез РНК и белков. Также репликации подвергается небольшая часть митохондриальной ДНК (основная же ее часть реплицируется в G2 период);
3) постсинтетическая (G2). ДНК уже не синтезируется, но происходит исправление недочетов, допущенных при синтезе ее в S период (репарация). Также накапливаются энергия и питательные вещества, продолжается синтез РНК и белков (преимущественно ядерных).
После этого наступает собственно митоз, который состоит из четырех фаз.
Фазы митоза.
Митоз состоит из четырех последовательных фаз – профазы, метафазы, анафазы и телофазы.
Фазы митоза:
1) профаза. Центриоли клеточного центра делятся и расходятся к противоположным полюсам клетки. Из микротрубочек образуется веретено деления, которое соединяет центрио-ли разных полюсов. В начале профазы в клетке еще видны ядро и ядрышки, к концу этой фазы ядерная оболочка разделяется на отдельные фрагменты (происходит демонтаж ядерной мембраны), ядрышки распадаются. Начинается конденсация хромосом: они скручиваются, утолщаются, становятся видимыми в световой микроскоп. В цитоплазме уменьшается количество структур шероховатой ЭПС, резко сокращается число полисом;
2) метафаза. Заканчивается образование веретена деления.
Конденсированные хромосомы выстраиваются по экватору клетки, образуя метафазную пластинку. Микротрубочки веретена деления прикрепляются к центромерам, или кинетохо-рам (первичным перетяжкам), каждой хромосомы. После этого каждая хромосома продольно расщепляется на две хроматиды (дочерние хромосомы) которые оказываются связанными только в участке центромеры;
3) анафаза. Между дочерними хромосомами разрушается связь, и они начинают перемещаться к противоположным полюсам клетки со скоростью 0,2–5 мкм/мин. В конце анафазы на каждом полюсе оказывается по диплоидному набору хромосом. Хромосомы начинают деконденсироваться и раскручиваться, становятся тоньше и длиннее;
4) телофаза. Хромосомы полностью деспирализуются, восстанавливается структура ядрышек и интерфазного ядра, «монтируется» ядерная мембрана. Разрушается веретено деления. Происходит цитокинез (деление цитоплазмы). В животных клетках этот процесс начинается с образования в экваториальной плоскости перетяжки, которая все более углубляется и в конце концов полностью делит материнскую клетку на две дочерние.
Продолжительность каждой фазы зависит от типа ткани, физиологического состояния организма, воздействия внешних факторов (света, температуры, химических веществ) и пр.
Рис. 1. Клеточный цикл (митоз).
Мейоз.
При образовании гамет, т.е. половых клеток – сперматозоидов и яйцеклеток – происходит деление клетки, называемое мейозом (рис.2). Исходная клетка имеет диплоидный набор хромосом, которые затем удваиваются. Но, если при митозе в каждой хромосоме хроматиды просто расходятся, то при мейозе хромосома (состоящая из двух хроматид) тесно переплетается своими частями с другой, гомологичной ей хромосомой (также состоящей из двух хроматид), и происходит кроссинговер - обмен гомологичными участками хромосом. Затем уже новые хромосомы с перемешанными «мамиными» и «папиными» генами расходятся и образуются клетки с диплоидным набором хромосом, но состав этих хромосом уже отличается от исходного, в них произошла рекомбинация . Завершается первое деление мейоза, и 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. Фазы деления клетки, которые следуют за интерфазой, называются профаза, метафаза, анафаза, телофаза и после деления опять интерфаза.
При мейозе фазы называется также, но указывается к какому делению мейоза она относится. Кроссинговер – обмен частями между гомологичными хромосомами – происходит в профазе первого деления мейоза (профаза I), которая включает следующие этапы: лептотена, зиготена, пахитена, диплотена, диакинез (рис. 3). Процессы, происходящие при этом в клетке, подробно описаны в учебнике под ред. В.Н.Ярыгина, и их следует знать.
Рис. 2. Основные этапы митотического и мейотического деления.
Рис. 3. Стадии профазы I мейоза.
Таблица
Типы деления клеток
Тесты:
1. У человека зрелая плазматическая клетка потеряла способность к размножению и начала выделять антитела - иммуноглобулины. На какой стадии жизненного цикла она находится
В. S-период.
Г. Дифференцировка.
Д. Прометафаза.
2. Изучая под микроскопом овоциты женщины, ученый увидел в них, что коньюгирующие хромосомы переплетаются и между ними происходит перекрест - кроссинговер. Укажите стадию профазы первого мейотического деления.
А. Пахинема
Б. Зигонема
В. Лептонема
Г. Диплонема
Д. Диакинез
3. В многодетной семье четверо сыновей и три дочери, фенотипически отличающиеся один от другого по многими признакам. Это объясняется тем, что у родителей в процессе гаметогенеза в каждую из гамет попали разные комбинации хромосом. Назовите стадию мейоза, в которой это произошло:
А. Анафаза мейоза II
Б. Анафаза мейоза І
В. Метафаза мейоза II
Г. Профаза мейоза II
Д. Профаза мейоза I
4. Во время постсинтетичного периода митотического цикла был нарушен синтез белков - тубулинов. К каким последствиям это может привести
А. Нарушение формирования веретена разделения
Б. Нарушение цитокинеза
В. Нарушение спирализации хромосом
Г. Нарушение репарации ДНК
Д. Сокращение длительности митоза
5. На одной из стадий клеточного цикла идентичные хромосомы достигают полюсов клетки, деспирализуются, вокруг них образуется ядерная оболочка и ядрышко. В какой фазе митоз находится клетка?
А. Телофаза
Б. Профаза
В. Прометафаза
Г. Метафаза
Д. Анафаза
6. Известно, что клеточный цикл включает в себя несколько следующих друг за другом преобразований в клетке. На одном из этапов происходят процессы, подготавливающие синтез ДНК. В какой период жизни клетки это происходит
А. Пресинтетический
Б. Синтетический
В. Собственно митоз
Г.Премитотический
Д. Постсинтетический
7. В клетке образовались максимально спирализованные хромосомы. Они расположены по экватору соматической клетки. Какой фазе митоза это соответствует:
А. Метафазе
Б.Телофазе
В. Профазе
Г. Анафазе
Д. Прометафазе
8. В жизненном цикле клетки и в процессе митоза происходит закономерное изменение количества наследственного материала. На каком этапе количество ДНК удваивается
А.Интерфаза
Б. Профаза
В. Метафаза
Г. Анафаза
Д. Телофаза
9. В пресинтетическом периоде митотического цикла синтез ДНК не происходит, потому молекул ДНК столько же, сколько и хромосом. Сколько молекул ДНК имеет соматическая клетка человека в пресинтетическом периоде
А. 46 молекул ДНК
Б. 92 молекулы ДНК
В. 23 молекулы ДНК
Г. 69 молекул ДНК
Д. 48 молекул ДНК
10. В анафазe митоза к полюсам расходятся однохроматидные хромосомы. Сколько хромосом имеет клетка человека в анафазе митоза
А. 92 хромосомы
Б. 46 хромосом
В. 23 хромосомы
Г. 69 хромосом
Д. 96 хромосом
Задачи для контроля знаний:
Задача 1. При исследовании пролиферативной активности с по мощью 3 Н-тимидина оказалось, что в течение суток 80 клеток вступили в фазу синтеза ДНК, однако суммарное число митозов за сутки составило лишь 21.Чем объяснить эти различия?
Задача 2. При значительных клеточных потерях постоянство состава ткани поддерживается за счет покоящихся клеток. На каких фазах они вступают в митотический цикл?
Задача 3. Алкалоид колхицин блокирует синтез белка тубулина. На какие клеточные структуры может подействовать этот препарат? Как это отразиться на ходе митотического деления?
Задача 4 . В некоторых случаях опухолевый рост связан с переходом определенной клеточной популяции к размножению путем амитоза. Чем будут отличаться клетки такой популяции от нормальной, в которой происходит типичный митоз?
Задача 5. У человека во время кроссинговера действие мутагенного фактора привело к появлению химической связи между гомологичными Х-хромосомами, препятствующей их последующему расхождению. Какой хромосомный набор получат образующиеся клетки (гаметы)?
Задача 6. Известно, что механизм второго деления мейоза сходен с таковым в митозе. Какие будут различия в морфологической картине метафазы второго мейотического деления и метафазы митоза в клетках одного и того же организма?
6.Материалы для разбора с преподавателем и контроля его усвоения:
6.1. Разбор с преподавателем узловых вопросов для освоения темы занятия.
6.2. Демонстрация преподавателем методик практических приемов по теме.
6.3. Материал для контроля усвоения материала:
Вопросы для разбора с преподавателем:
1. Организация клетки во времени. Изменения клеток и их структур во время митотического цикла (интерфазы и митоза).
2. Клеточный цикл, перидизация и возможные направления.
3. Способы деления клетки: амитоз, митоз, мейоз. Амитоз и его механизмы.
4. Эндомитоз, политения.
5. Митотический цикл, его периодизация. Митоз, характеристика фаз. Митотическая активность тканей. Нарушения митоза.
6. Мейоз, характеристика фаз. Биологическое значение.
7. Молекулярные механизмы клеточной пролиферации.
8. Гибель клеток
9. Жизнь клеток вне организма. Клонирование клеток.
Практическая часть
1. Изучить виды деления клеток. Занести в протокол таблицу «Типы деления клеток»
2. Рассмотреть на микропрепаратах кариокинез в клетках корешка лука и зарисовать.
3. Пользуясь учебной таблицей изучить схему мейотического деления клетки. Зарисовать в альбом.
4. Решить ситуационные задачи.
РАБОТА В ЛАБОРАТОРИИ
8.Литература :
Основная:
1. Биология: В 2кн. Кн.1: Учеб. для мед.спец. вузов /под ред. В.Н.Ярыгина. 6-е изд. -М.:Высшая школа,2004.- С.55-61
2. Биология/А.А.Слюсарев, С.В.Жукова.- К.: Вища школа. Головное изд-во, 1992.- С.41-45
3. Биология. Руководство к практическим занятиям для студентов стоматологических факультетов под ред. акад. РАЕН проф. В.В. Маркиной. Изд. М. « ГЭОТАР- Медиа» 2010 г.
Дополнительная:
10. Медична біологія: Підручник /за ред.В.П.Пішака, Ю.І.Бажори.-Вінниця:Нова книга,2004.- С.26-28, 104-107, 118-125
11. Албертс Г., Грей Д., Льюис Дж. и др. Молекулярная биология клетки. М.: Мир,1986. – В 3 т, 2-е изд. Т.1.- С. 176-177
12. Граф логической структуры.
13. Конспект лекций.
ЦЕЛЬ (общая) : необходимо обратить внимание на общие вопросы цитологии и молекулярной биологии.
Занятие проводится с целью закрепления ранее изученного материала.
К коллоквиуму допускаются студенты, не имеющие пропусков лекций, практических занятий и имеющие оформленные и подписанные преподавателем протоколы.
Оценка итогового складывается из:
1. 40 тестовых заданий (0 - 1 баллa) – max 40 баллов.
2. 2 задач (0-5-15 баллов за каждую задачу) - max 30 баллов.
3. Теоретический вопрос (0-5-10 баллов) - max 10 баллов.
__________________________________max 80 баллов.
КРИТЕРИИ ОЦЕНОК:
БАЛЛ - ОТЛИЧНО
БАЛЛА - ХОРОШО
Похожая информация.
Введите ключевые слова.