Жизненный цикл клетки. Митоз. Мейоз

Жизненный цикл клетки
Жизненный цикл клетки – жизнь клетки от момента её появления в процессе деления материнской клетки и до её собственного деления, включая это деление, или гибели.
В течение цикла клетка растет, видоизменяется так, чтобы успешно выполнять свои функции в организме (дифференцировка клетки), затем она выполняет свои функции в течение определенного времени, по истечении которого делится, образуя новые клетки.

Апоптоз
Клетки многоклеточного организма не могут делиться бесконечно, т. к. ДНК клетки содержит особые «гены смерти», которые рано или поздно активируются. Это приводит к синтезу особых белков, которые убивают эту клетку: она сжимается, её органоиды и мембраны разрушаются. Такая «запрограммированная» клеточная смерть называется апоптозом.

Обязательным компонентом каждого клеточного цикла является митотический цикл, который включает в себя подготовку клетки к делению и само деление.
В жизненный цикл клетки входят и периоды покоя, когда клетка выполняет свои функции в организме. После них клетка должна перейти либо к митотическому циклу, либо к апоптозу.

Фазы клеточного цикла
Интерфаза – подготовка клетки к делению. Включает 3 периода. Пресинтетический G1 – самый длительный период (от 2-3 ч до нескольких суток). Во время него клетка растет, накапливая энергию и вещества для последующего удвоения ДНК.
Синтетический S – длится 6-10 ч. Удвоение ДНК, синтез белков, увеличение количества РНК. К концу хромосома состоит из 2 хроматид, соединенных в области центромеры. Удваиваются центриоли.

Постсинтетический G2 – длится 2-6 ч. Накапливается энергия для предстоящего митоза и и синтезируются белки микротрубочек, формирующих веретено деления.

Количество ДНК в клетке в различное время клеточного цикла. Римскими цифрами показано первое и второе деление мейоза.

ДНК образуется во время репликации в S-фазе. РНК образуется во всех фазах клеточного цикла, кроме митоза. Белок образуется во всех фазах клеточного цикла, но в митозе уровень его биосинтеза снижается. Гистоны образуются в S-фазе в период синтеза ДНК.

Продолжительность жизненного цикла у разных клеток очень сильно различается
у амебы – 36 часов
бактерии могут делиться каждые 20 минут

Репликация ДНК
Репликация (редупликация) – удвоение молекулы ДНК.
Часть молекулы «материнской» ДНК расплетается на 2 нити с помощью фермента (происходит разрыв водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями).
К каждому нуклеотиду фермент ДНК-полимераза подстраивает комплементарный ему нуклеотид.

Образуются 2 двуцепочечные молекулы ДНК, в состав каждой из которых входит 1 цепочка «материнской молекулы» и 1 новосинтезированная цепочка. Эти 2 молекулы ДНК абсолютно идентичны.

Митоз
Митоз – процесс непрямого деления соматических клеток эукариот, в результате которого наследственный материал сначала удваивается, а затем равномерно распределяется между дочерними клетками.
Митоз включает в себя 2 процесса: деление ядра (кариокинез) и деление цитоплазмы (цитокинез).

Клетка перед митозом

Фазы митоза
Профаза. В ядре происходит спирализация ДНК. Хромосомы хорошо видны. Каждая хромосома состоит из 2 хроматид, объединенных в области центромеры. Центриоли расходятся к полюсам клетки. Отходящие от них микротрубочки начинают образовывать веретено деления. Ядерная оболочка разрушается.

Метафаза. Хромосомы располагаются по экватору клетки, образуя метафазную пластинку. Нити веретена деления от центросом прикрепляются к центромере каждой хромосомы.

Анафаза. Каждая хромосома продольно расщепляется на 2 идентичные хроматиды, которые расходятся к противоположным полюсам клетки. Микротрубочки укорачиваются.

Телофаза. Дочерние хромосомы деспирализуются у полюсов клетки и становятся доступными для транскрипции. Начинается синтез белков. Формируются ядерные оболочки и ядрышки. Нити веретена деления распадаются.

Начинается цитокинез. У животных клеток в экваториальной плоскости возникает перетяжка. Она углубляется до тех пор, пока не происходит разделения двух дочерних клеток. В образовании перетяжки важную роль играют структуры цитоскелета. Растительные клетки не могут так делится, т.к. имеют жесткую клеточную стенку. В них образуется внутриклеточная перегородка.
С момента разделения дочерних клеток каждая из них вступает в интерфазу нового клеточного цикла.

Цитокинез клетки (фото)

Фазы митоза
Профаза
Метафаза
Анафаза
Телофаза 1
Телофаза 2
цитокинез

Митоз животной клетки
Митоз растительной клетки

МИТОЗ В КЛЕТКАХ КОРЕШКА ЛУКА

Видео

Значение митоза
В результате митоза образуются две дочерние клетки, содержащие столько же хромосом, сколько их было в материнской клетке, т.е. образуются клетки, идентичные родительской.
Митоз необходим для нормального развития и роста многоклеточного организма.

Рост.
Митоз обеспечивает такие важные
процессы жизнедеятельности, как:
Рост (кончик корня)

Вегетативное размножение (почкование дрожжей, гидры)

Восстановление органов и тканей (регенерация)

Эмбриональное развитие
Так выглядит эмбрион человека в возрасте
шести недель при нормальном ходе митоза.

Амитоз
Амитоз – прямое деление клеток – встречается относительно редко. При амитозе ядро начинает делиться без видимых предварительных изменений. При этом не обеспечивается равномерное распределение ДНК между дочерними клетками, т.к. при амитозе ДНК не спирализуется и хромосомы не образуются. Амитоз часто встречается в отмирающих тканях, клетках опухолей.

Клетки, делящиеся амитозом

Мейоз
Мейоз – особый вид деления клеток, при котором число хромосом в дочерних клетках становится гаплоидным. Это необходимо для сохранения постоянства числа хромосом при половом размножении.
Мейоз состоит из редукционного и эквационного делений, которым предшествует однократная репликация ДНК. Интерфаза мейоза аналогична интерфазе митоза.

Интерфаза
Продолжительность различна у разных видов. Происходит репликация органелл, клетка увеличивается в размерах. Репликация ДНК и гистонов в основном заканчивается в премейотической интерфазе, но часто захватывает и профазу I. Каждая хромосома представлена теперь парой хроматид, соединенных центроиерой. Хромосомный материал окрашивается, но из всех структур четко видны только ядрышки.

Редукционное деление
Профаза I
Лептотена. В эту стадию хромосомы представлены еще как тонкие нити, но к концу начинается спирализация.
Зиготена. Начинается конъюгация гомологичных хромосом. Образуются биваленты (тетрады), состоящие из 4 сестринских хроматид.
Пахитена. Происходит кроссинговер.

Диплотена. Конъюгировавшие хромосомы разделяются, хромосомы бивалента отодвигаются друг от друга, но продолжают быть связаны хиазмами – местами, где произошел кроссинговер.
Диакинез. Ядерная оболочка и ядрышки исчезают. Сестринские хроматиды соединены центромерой, несестринские – хиазмами. Миграция центриолей и образования веретена деления, разрушение ядрышек и ядерной мембраны, а затем образование нитей веретена деления.

Метафаза I. Хромосомы выстраиваются по экватору веретена деления, образуя метафазную пластинку. Центромеры обращены к полюсам.
Анафаза I. Нити веретена деления сокращаются, гомологичные хромосомы расходятся к полюсам клетки, где формируются гаплоидные наборы хромосом. Возникают хромосомные рекомбинации, повышающие степень изменчивости потомков.
Метафаза I

Анафаза I
Телофаза I

Телофаза I. Формируются клетки с гаплоидным набором хромосом и удвоенным количеством ДНК. Формируется ядерная оболочка. Веретено разрушается. В конце в результате цитокинеза формируется диада. В каждую клетку попадают 2 сестринские хроматиды, соединенные центромерой.
Интерфаза II. Обычно наблюдается только в животных клетках. Репликации ДНК не происходит, остальные процессы, характерные для интерфазы, идут.

Интеркинез (интерфаза) между I и II делениями мейоза

Профаза II. Продолжительность обратно пропорциональна продолжительности телофазы I. Ядрышки и ядерные мембраны разрушаются, а хроматиды укорачиваются и утолщаются. Центриоли образуют нити веретена деления. Хроматиды располагаются таким образом, что их длинные оси перпендикулярны оси веретена первого деления мейоза.
Метафаза II. Центромеры ведут себя как двойные структуры. Они организуют нити веретена, направленные к обоим полюсам, и таким образом выстраиваются по экватору веретена.

Профаза II
Метафаза II

Анафаза II. Центромеры делятся, и нити веретена деления растаскивают их к противоположным полюсам. Центромеры тянут за собой отделившиеся друг от друга хроматиды, которые теперь называют хромосомами.
Телофаза II. Очень схожа с телофазой митоза. Хромосомы деспирализуются, растягиваются и после этого плохо различимы. Нити веретена исчезают, а центриоли реплицируются. Вокруг каждого гаплоидного набора хромосом образуется ядерная мембрана. В результате дальнейшего цитокинеза образуются четыре гаплоидных клетки.

Анафаза II
Телофаза II

Цитокинез II-го деления мейоза

Видео

Значение мейоза
1. Обеспечивается постоянный для каждого вида полный диплоидный набор хромосом и постоянное количество ДНК.
2. Возникает большое количество качественно различных половых клеток, что способствует наследственной изменчивости.
3. Нарушение процесса мейоза приводит к тяжелым нарушениям в развитии организма или к его гибели.
Нарушения мейоза у человека могут привести к таким патологиям, как болезнь Дауна, идиотия.

Гаметогенез
Гаметогенез – процесс формирования половых клеток – гамет.
Яйцеклетки – женские гаметы, сперматозоиды – мужские.
Оогенез – формирование яйцеклеток.
Сперматогенез – формирование сперматозоидов.
Между этими процессами много общего, в них выделяют несколько фаз.

Фаза размножения
Первичные половые клетки многократно делятся митозом, сохраняя диплоидный набор хромосом в ядрах, - увеличивается число будущих гамет.
У самцов млекопитающих этот процесс идет с момента наступления половой зрелости до глубокой старости. У самок – только в период внутриутробного развития плода.

Фаза роста
Будущие сперматозоиды и яйцеклетки увеличиваются в размерах, происходит репликация ДНК, запасаются вещества, необходимые для последующих делений.
Фаза созревания
Будущие гаметы делятся мейозом, в результате из каждой диплоидной клетки получается 4 гаплоидных.

Особенности
При образовании сперматозоидов каждая из 4 дочерних клеток полноценна и способна оплодотворить яйцеклетку. А вот при созревании яйцеклеток мейотическое деление протекает иначе: цитоплазма распределяется между дочерними клетками неравномерно, только 1 из 4 клеток становится жизнеспособной яйцеклеткой, остальные превращаются в направительные тельца, которые затем гибнут. Смысл образования направительных телец в уменьшении числа зрелых способных к оплодотворению яйцеклеток – в результате зрелая яйцеклетка имеет достаточное количество питательных веществ.

Фаза формирования
В сперматогенезе выделяют еще одну, заключительную фазу – фазу формирования. Ее сущность заключается в том, что у сперматозоидов возникают специфические приспособления, в частности жгутик, и они приобретают подвижность.

В момент деления половые клетки особенно чувствительны к действию разных вредных факторов : радиации, химических веществ (алкоголь, наркотики, яды). Особенно опасны неблагоприятные воздействия для яйцеклеток. Ведь эти клетки начинают формироваться еще в эмбрионе, и их запас не может пополняться в течение жизни. С каждым повреждающим воздействием на яйцеклетки растет вероятность появления генетических отклонений у потомства.

Тесты
Период жизни клетки от деления до деления называется:
интерфаза;
митоз;
мейоз;
клеточный цикл
Ответ: 4

Ответ: 2
2. Собственно митозу предшествует:
деление ядра;
удвоение хромосом;
цитокинез;
гаметогенез;

Ответ: 2
3. Митозом не делятся:
1) клетки кожи человека;
2) гаметы;
3) нервные клетки;
4) дрожжевые клетки;

Ответ: 3
4. Результатом митоза не является:
1) сохранение наследственных признаков в дочерних клетках;
2) рост организма;
3) генетическое разноообразие организмов;
4) заживление ран;

Ответ: 2
5. Количество хромосом в соматических клетках человека после митоза равно: 1) 23;
2) 46;
3) 92;
4) 44;

Ответ: 4
6. Наиболее длительный фазой в жизненном цикле клетки является:
1) профаза;
2) метафаза;
3) анафаза;
4) интерфаза;

Ответ: 4
7. В результате митоза образуется ядро:
1) зиготы домовой мухи; 2) яйцеклетки коровы;
3) сперматозоида окуня;
4) клетки стебля гороха;

Ответ: 2
8. Цитокинез – это:
1) расхождение хромосом;
2) деление цитоплазмы; 3) образование веретена деления;
4) удвоение хромосом;

Ответ: 3
9. Первое деление мейоза заканчивается образованием:
1) гамет;
2) гаплоидных ядер;
3) диплоидных клеток;
4) клеток разной плоидности;

Ответ: 2
10. Смысл конъюгации и кроссинговера в мейозе заключается в:
1) узнавании гомологичных хромосом друг друга;
2) обмене гомологичными участками;
3) независимом расхождении хромосом;
4) сближении хромосом для совместного попадания в гамету.

Ответ: 3
11. Какие процессы протекают в яйцеклетках активнее, чем в сперматозоидах? 1) биосинтез белка;
2) накопление запасных веществ;
3) синтез жиров и углеводов;
4) все указанные процессы;

Ответ: 4
12. При удвоении 4 хромосом число хроматид в них равно:
6;
8; 12;
16.

Ответ: 2
13. Пара гомологичных хромосом в метафазе митоза содержит ДНК в количестве:
две молекулы;
четыре молекулы;
восемь молекул;
одну молекулу.

Ответ: 3
14. В результате мейоза количество хромосом в образовавшихся клетках:
удваивается;
остается прежним; уменьшается вдвое;
утраивается.

Ответ: 2
15. Из двух диплоидных первичных половых клеток в результате овогенеза образуется полноценных гамет:
8;
2;
6;
4.

Ответ: 3
16. Какая фаза деления клетки изображена на рисунке?
профаза;
метафаза;
анафаза; телофаза.

Ответ: АБГ
17. Выберете три признака, характерные для мейоза.
А) происходит два деления исходной клетки;
Б) протекает в яичниках и семенниках многих животных;
В) сохраняется материнский хромосомный набор;
Г) происходит кроссинговер;
Д) делению подвергаются соматические клетки;
Е) распространен среди простейших, растений, грибов.

Ответ: ДБГВА
18. Распределите события в соответствии с фазами клеточного цикла.
СОБЫТИЯ ФАЗЫ МИТОЗА
1) Синтез белков и удвоение А) Профаза
хромосом; Б) Метафаза
2) Расположение хромосом В) Анафаза
по экватору, образование Г) Телофаза
веретена деления; Д) Интерфаза
3) Образование новых ядер;
4) Расхождение хромосом к полюсам;
5) Спирализация хромосом,
исчезновение ядерной мембраны

Ответ: АББААБ
19. Соотнесите особенности спермато- и овогенеза, проставив около каждой цифры соответствующую букву.
ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕСС
1) Протекает в семенниках; А) сперматогенез;
2) Протекает в яичниках; Б) овогенез;
3) Начинается у эмбриона;
4) В результате образуется
4 гаметы;
5) Начинается в подростковом
возрасте;
6) Завешается образованием
одной полноценной гаметы.

Ответ: БВАГ
20. Установите, в какой последовательности в митозе происходят процессы.
А) расхождение сестринских хроматид;
Б) удвоение молекулы ДНК;
В) расположение хромосом в плоскости экватора;
Г) деление цитоплазмы.