Деление клеток. Митоз и мейоз, фазы деления
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 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:
После окончания премитотического периода начинается митотическое деление. Процесс включает 4 фазы:
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:
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.
Сложно представить наше существования без мейотического деления, иначе все организмы с каждым последующим поколение получали бы удвоенные наборы хромосом.
Особенности процесса размножения: непрямое деление клеток и его фазы
Особенности процесса размножения
Как размножается клетка?
Образование эукариотических клеток связано с процессом удвоения, а после — деления генетического материла ядра (в ходе митоза или мейоза), а также с делением тела клетки или цитокинезом (не относится к клеткам, образующимся в результате слияния).
Жизнь и функционирование сформировавшихся один раз клеток длится до момента их следующего деления или гибели.
Не могут делиться эритроциты, нейроны и мышечные клетки.
Жизнь каждой клетки ограничена. По этой причине для длительного существования в многоклеточном организме должен происходить процесс образования новых клеток со скоростью гибели старых клеток.
Одно из самых важных явлений в организме — деление клеток.
Что такое деление клетки? Как происходит деление клетки?
Согласно клеточной теории, образование новых клеток происходит только из предыдущих. Это образование и называется научным термином «деление клеток»
Одноклеточные организмы зарождаются в результате образования зиготы и слияния гамет. Зигота делится достаточно интенсивно и образует миллиарды новых клеток, которые получают дифференциацию, растут и формируют ткани с органами.
Рост и обновление многих структур в многоклеточных организмах связаны с процессом размножения клеток — пролиферацией. После того как новый организм сформирован, клетки постепенно утрачивают способность размножаться. Периодически они делятся — это связано с необходимостью замещения погибших клеток, а также поддержания целостности тканей, органов и организма в целом.
Основа деления клеток — молекулярно-генетический механизм или репликация молекул ДНК.
Непрямое деление клеток
Определение митоза
В многоклеточном организме клетки возникают как результат деления (размножения) уже существующих клеток.
Митоз или непрямое деление — это непростой процесс деления ядра с последующим образованием двух дочерних ядер.
Чем характеризуется непрямое деление клетки? Приведем его примеры ниже.
В каждом из новых двух ядер содержится идентичный материнскому набор хромосом, между дочерними клетками происходит точное распределение хромосом с ДНК.
Процесс митоза — часть жизненного цикла клетки, основанный на пяти последовательных фазах.
Фазы митоза
Каждая фаза митоза отличается по длительности. Одна может заниматься несколько минут, а другая — сотни часов. Длительность фазы определяется типом клетки, тканями, активностью органов, физиологическим состоянием организма, разнообразными факторами внешней среды вроде влажности, освещения, температуры, химических веществ и др, а также внутренними факторами — гормонами, нейромедиаторами.
Пройдемся кратко по фазам митоза.
Профаза — начальная стадия митоза. В стадии профазы содержимое ядра клетки заметно меняется. Происходит скручивание, уплотнение длинных волокон хроматина, образование ими петель и спиралей. Если посмотреть в световой микроскоп, то они будут иметь вид отдельных хромосом.
Каждая хромосома на этой стадии состоит из двух хроматид — они находятся рядом одна с другой по всей длине. Происходит отдаление пар центриолей в направлении к противоположным концам клетки, в результате чего образуются два полюса деления. Эти структуры будут участвовать в процессе организации микротрубочек веретена деления.
Начало прометафазы можно охарактеризовать внезапной (в течение 20-30 секунд) дезинтеграцией ядерной оболочки на небольшие везикулы — они очень похожи на везикулы эндоплазматической сети. За счет этого микротрубочка веретена деления получает возможность попасть в ядро. Происходит смешение цитоплазмы и кариоплазмы. Далее происходит еще большее уплотнение хромосом и образование на их центромерах кинетохор — они представляют собой специальные белки, от которых отходят микротрубочки.
Группы миктротрубочек веретена деления вступают во взаимодействие с кинетохорными микротрубочками — благодаря этому хромосомы могут двигаться. Особенностью кинетохорных миктротрубочек является то, что они направлены в разные стороны от двух сестринских хроматид. Поэтому они могут тянуть их в разные стороны, задавая, тем самым, движению хромосом определенное направление.
Клетка находится в стадии метафазы, когда хромосомы располагаются в экваториальной плоскости. Хромосомы, сгруппированные таким способом, называют метафазной пластинкой. В таком положении они находятся благодаря натяжению микротрубочек. Позже присоединенные к кинетохорам микротрубочки начинают растягивать хромосому в разные стороны. Как результат — происходит отделение дочерних хроматид одна от другой. Метафаза обеспечивает хромосомам упорядоченное состояние и четкое строение, поэтому в этой фазе они хорошо видны в световой микроскоп.
На стадии метафазы проводятся исследования на кариотип.
Окончание фазы связано с завершением репликации центромерного участка ДНК и рассоединением хроматид.
Когда наступает анафаза, микротрубочки веретена деления растягивают хроматиды каждой хромосомы одна от другой и перемещают их в противоположные части клетки. Движение хроматид осуществляется с одинаковой скоростью. В дочерних анафазных хромосомах, которые раньше были хроматидами метафазной хромосомы, находится по одной молекуле ДНК.
Эта молекула имеет палочкообразную форму и изгиб около центромеры. Расхождение анафазных хромосом происходит одновременно и достаточно быстро. По завершении анафазы в разных частях поделившейся клетки образуется два полных и равноценных набора хромосом.
Генетическая формула наборов — 2n2c.
На стадии телофазы наборы хромосом располагаются на противоположных концах веретена. Само веретено начинает распадаться. Вокруг каждой группы хромосом происходит слияние везикул и образование новых ядерных оболочек. Осуществляется раскручивание наследственного материала хромосом до состояния хроматина (хроматин свойственен интерфазе). Вновь появляются ядрышки. По завершении всех изменений процесс митоза заканчивается. Образованные ядра вступают в начало следующего клеточного цикла.
Биологическое значение митоза заключается в точном и равномерном распределении генетического наследственного материала между дочерними клетками.
Значение процесса размножения клеток
Размножение или воспроизведение себе подобных — важное свойство всех живых организмов, включая бактерий.
Благодаря этому процессу обеспечивается непрерывное существование во времени всех видов растений и животных, поддерживается их численность и наследственность между поколениями. Возникновение новых клеток возможно только путем деления или размножения уже существующих.
Процесс деления клетки — это то, что определяет рост, индивидуальное развитие и непрерывное самообновление тканей многоклеточных организмов. Поддержание жизни особей многоклеточных организмов обусловлено именно размножением клетки, потому что клетки живут гораздо меньше, чем отдельные особи.
Деление клеток — залог размножения и индивидуального развития организма.
Мы рассмотрели процесс деления клетки кратко.
Митоз и мейоз
Жизненный цикл клетки (клеточный цикл)
С момента появления клетки и до ее смерти в результате апоптоза (программируемой клеточной гибели) непрерывно продолжается жизненный цикл клетки.
Интенсивно образуются рибосомы, синтезируется АТФ и все виды РНК, ферменты, клетка растет.
Митоз является непрямым способом деления клетки, наиболее распространенным среди эукариотических организмов. По продолжительности занимает около 1 часа. К митозу клетка готовится в период интерфазы путем синтеза белков, АТФ и удвоения молекулы ДНК в синтетическом периоде.
Митоз состоит из 4 фаз, которые мы далее детально рассмотрим: профаза, метафаза, анафаза, телофаза. Напомню, что клетка вступает в митоз с уже удвоенным (в синтетическом периоде) количеством ДНК. Мы рассмотрим митоз на примере клетки с набором хромосом и ДНК 2n4c.
ДНК максимально спирализована в хромосомы, которые располагаются на экваторе клетки. Каждая хромосома состоит из двух хроматид, соединенных центромерой (кинетохором). Нити веретена деления прикрепляются к центромерам хромосом (если точнее, прикрепляются к кинетохору центромеры).
Попробуйте самостоятельно вспомнить фазы митоза и описать события, которые в них происходят. Особенное внимание уделите состоянию хромосом, подчеркните сколько в них содержится молекул ДНК (хроматид).
Мейоз
В результате мейоза из диплоидных клеток (2n) получаются гаплоидные (n). Мейоз состоит из двух последовательных делений, между которыми практически отсутствует пауза. Удвоение ДНК перед мейозом происходит в синтетическом периоде интерфазы (как и при митозе).
Помимо типичных для профазы процессов (спирализация ДНК в хромосомы, разрушение ядерной оболочки, движение центриолей к полюсам клетки) в профазе мейоза I происходят два важнейших процесса: конъюгация и кроссинговер.
Кроссинговер является важнейшим процессом, в ходе которого возникают рекомбинации генов, что создает уникальный материал для эволюции, последующего естественного отбора. Кроссинговер приводит к генетическому разнообразию потомства.
Биваленты (комплексы из двух хромосом) выстраиваются по экватору клетки. Формируется веретено деления, нити которого крепятся к центромере (кинетохору) каждой хромосомы, составляющей бивалент.
Мейоз II весьма напоминает митоз по всем фазам, поэтому если вы что-то подзабыли: поищите в теме про митоз. Главное отличие мейоза II от мейоза I в том, что в анафазе мейоза II к полюсам клетки расходятся не хромосомы, а хроматиды (дочерние хромосомы).
Сейчас мы возьмем клетку, в которой 4 хромосомы. Попытайтесь самостоятельно описать фазы и этапы, через которые она пройдет в ходе мейоза. Проговорите и осмыслите набор хромосом в каждой фазе.
Бинарное деление надвое
При благоприятных условиях бактерии делятся каждые 20 минут. В случае, если условия не столь благоприятны, то больше времени уходит на рост и развитие, накопление питательных веществ. Интервалы между делениями становятся длиннее.
Амитоз встречается в раковых (опухолевых) клетках, воспалительно измененных, в старых клетках.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
