Клетка – генетическая единица живого. Хромосомы.
Жизненный цикл клетки. Митоз. Мейоз.
Хромосомы – структуры клетки, хранящие и передающие наследственную информацию - ДНК(8) и белок (7). Строение хромосомы лучше всего видно в метафазе митоза. Она представляет собой палочковидную структуру и состоит из двух сестринских хроматид (1), удерживаемых центромерой (кинетохором) в области первичной перетяжки (2), которая делит хромосому на 2 плеча (3,4). Иногда бывает вторичная перетяжка (5), в результате которой образуется спутник хромосомы (6).
Отдельные участки молекулы ДНК — гены — ответственны за каждый конкретный признак или свойство организма. Наследственная информация из клетки в клетку передается путем удвоения молекулы ДНК (репликации), транскрипции и трансляции. Главная функция хромосом — хранение и передача наследственной информации, носителем которой является молекула ДНК.
Под микроскопом видно, что хромосомы имеют поперечные полосы, которые чередуются в различных хромосомах по-разному. Распознают пары хромосом, учитывая распределение, светлых и темных полос (чередование АТ и ГЦ – пар). Поперечной исчерченностью обладают хромосомы представителей разных видов. У родственных видов, например у человека и шимпанзе, сходный характер чередования полос в хромосомах.
Во всех соматических клетках любого растительного или животного организма число хромосом одинаково. Половые клетки (гаметы) всегда содержат вдвое меньше хромосом, чем соматические клетки данного вида организмов.
В кариотипе человека 46 хромосом – 44 аутосомы и 2 половые хромосомы. Муж-чины гетерогаметны (половые хромосомы ХУ), а женщины гомогаметны (половые хромосомы XX). У-хромосома отличается от Х-хромосомы отсутствием некоторых аллелей. Хромосомы одной пары называются гомологичными, если они в одинаковых локусах (местах расположения) несут аллельные гены.
У всех организмов, относящихся к одному виду, число хромосом в клетках одинаково. Число хромосом не является видоспецифическим признаком. Однако хромосомный набор в целом видоспецифичен, т. е. свойствен только одному какому-то виду организмов растений или животных.
Кариотип — совокупность внешних количественных и качественных признаков хромосомного набора (число, форма, размер хромосом) соматической клетки, характерных для данного вида.
Деление клеток — биологический процесс, лежащий в основе раз-множения и индивидуального развития всех живых организмов, а также процесс увеличения числа клеток путем деления исходной клетки.
Способы деления клеток:
1. Амитоз — прямое (простое) деление интерфазного ядра путем перетяжки, которое происходит вне митотического цикла, т. е. не сопровождается сложной перестройкой всей клетки, а также спирализацией хромосом. Амитоз может сопровождаться делением клетки, а может ограничиваться лишь делением ядра без разделения цитоплазмы, что приводит к образованию дву- и многоядерных клеток. Клетка, претерпевшая амитоз, в дальнейшем не способна вступить в нормальный митотический цикл. По сравнению с митозом амитоз встречается довольно редко. В норме он наблюдается в высокоспециализированных тканях, клетках, которым предстоит делиться: в эпителии и печени позвоночных, зародышевых оболочках млекопитающих, клетках эндосперма семян растений. Амитоз наблюдается также при необходимости быстрого восстановления тканей (после операций и травм). Амитозом также часто делятся клетки злокачественных опухолей.
2. Митоз — непрямое деление, при котором исходно диплоидная клетка дает две дочерние, также диплоидные клетки; характерен для соматических клеток (клеток тела) всех эукариот (растений и животных); это универсальный тип деления.
3. Мейоз — осуществляется при образовании половых клеток у животных и спор у растений.
Жизненный цикл клетки (клеточный цикл) – время существования клетки от деления до следующего деления, или от деления до смерти. Для разных типов клеток клеточный цикл различен.
В организме млекопитающих и человека различают следующие три группы клеток, локализующиеся в разных тканях и органах:
- часто делящиеся клетки - малодифференцированные клетки эпителия кишечника, базальные клетки эпидермиса и другие;
- редко делящиеся клетки - клетки печени (гепатоциты), почек (клетки нефронов);
- не делящиеся клетки (нервные клетки центральной нервной системы, меланоциты и другие).
Это деление в значительной степени условно, так как запуск процессов деления осуществляется организмом применительно к конкретным обстоятельствам. К примеру, недавними исследованиями доказано, что нервные клетки на самом деле обновляются, то есть делятся.
Жизненный цикл у часто делящихся клеток – это время их существования от начала деления до следующего деления. Жизненный цикл таких клеток нередко называют митотическим циклом. Такой клеточный цикл подразделяется на два основных периода:
- митоз или период деления;
- интерфаза – промежуток жизни клетки между двумя делениями.
Интерфаза
Интерфаза – период между двумя делениями, когда клетка готовится к делению: удваивается количество ДНК в хромосомах, увеличивается количество других органоидов, синтезируются белки, происходит рост клетки.
К концу интерфазы каждая хромосома состоит из двух хроматид, которые в процессе митоза станут самостоятельными хромосомами.
Периоды интерфазы:
1. Пресинтетический период (G1) — период подготовки к синтезу ДНК после завершения митоза. Происходит образование РНК, белков, ферментов син-теза ДНК, увеличивается количество органоидов. Содержание хромосом (п) и ДНК (с) равно 2п2с.
2. Синтетический период (S-фаза). Происходит репликация (удвоение, синтез ДНК). В результате работы ДНК-полимераз для каждой из хромосом хромо-сомный набор становится 2п4с. Так образуются двух хроматидные хромосомы.
3. Постсинтетический период (G2) — время от окончания синтеза ДНК до начала митоза. Завершается подготовка клетки к митозу, удваиваются центриоли, синтезируются белки, завершается рост клетки.
Митоз – это форма деления клеточного ядра, происходит он только в эукариотических клетках. В результате митоза каждое из образующихся дочерних ядер получает тот же набор генов, который имела родительская клетка. В митоз могут вступать как диплоидные, так и гаплоидные ядра. При митозе получаются ядра той же плоидности, что и исходное.
Открыт с помощью светового микроскопа в 1874 г. русским ученым И. Д. Чистяковым в растительных клетках.
В 1878 г. В. Флеммингом и русским ученым П. П. Перемежко этот процесс обнаружен в животных клетках. У животных клеток митоз длится 30-60 мин, у растительных — 2-3 ч.
Митоз состоит из четырех фаз:
1. профаза — двухроматидные хромосомы спирализуются и становятся заметными, ядрышко и ядерная оболочка распадаются, образуются нити веретена деления. Клеточный центр делится на две центриоли, расходящиеся к полюсам.
2. метафаза — фаза скопления хромосом на экваторе клетки: нити веретена деления идут от полюсов и присоединяются к центромерам хромосом: к каждой хро-мосоме подходят две нити, идущие от двух полюсов.
3. анафаза — фаза расхождения хромосом, в которой центромеры делятся, а однохроматидные хромосомы растягиваются нитями веретена деления к полюсам клетки; самая короткая фаза митоза.
4. телофаза — окончание деления, движение хромосом заканчивается, и происходит их деспирализация (раскручивание в тонкие нити), формируется ядрышко, восстанавливается ядерная оболочка, на экваторе закладывается перегородка (у растительных клеток) или перетяжка (у животных клеток), нити веретена деления растворяются.
Цитокинез – процесс разделения цитоплазмы. Клеточная мембрана в центральной части клетки втягивается внутрь. Образуется борозда деления, по мере углубления которой клетка раздваивается.
В результате митоза образуются два новых ядра с идентичными наборами хромосом, точно копирующими генетическую информацию материнского ядра.
В опухолевых клетках ход митоза нарушается.
В результате митоза из одной диплоидной клетки, имеющей двухроматидные хромосомы и удвоенное количество ДНК (2n4с), образуются две дочерние диплоидные клетки с однохроматидными хромосомами и одинарным количеством ДНК (2n2с), которые затем вступают интерфазу. Так образуются соматические клетки (клетки тела) организма растения, животного или человека.
Таблица фаз митоза
Мейоз
меоза, идущего по типу митоза, и которое называется эквационное деление. Интерфазы в данном случае нет, так как хромосомы двухроматидные, молекулы ДНК удвоены.
д) профаза II – завершение г)
е) в метафазе II двухроматидные хромосомы располагаются по экватору, при этом деление происходит сразу в двух дочерних клетках
ж) в анафазе II к полюсам отходят уже однохроматидные хромосомы
з) в телофазе II в четырех дочерних клетках формируются ядра и перегородки между клетками.
Таким образом, в результате мейоза из исходной клетки (2n2c→2n4c) получаются четыре гаплоидные клетки с однохроматидными хромосомами (nc): это либо половые клетки (гаметы) животных, либо споры растений.
Таблица фаз мейоза
Биологическое значение мейоза заключается в том, что уменьшение числа хромосом необходимо при образовании половых клеток, поскольку при оплодотворении ядра гаметы сливаются. Если бы редукции не происходило, то в зиготе (следовательно, и во всех клетках дочернего организма) хромосом становилось бы вдвое больше. Одна-ко это противоречит правилу постоянства числа хромосом.
Развитие половых клеток.
Процесс формирования половых клеток называется гаметогенезом. У многоклеточных организмов различают сперматогенез – формирование мужских половых клеток и овогенез – формирование женских половых клеток. Рассмотрим гаметогенез, происходящий в половых железах животных – семенниках и яичниках.
развития зародыша. У мхов и папоротников яйцеклетки развиваются в архегониях, у цветковых растений – в семяпочках, локализованных в завязи цветка.
Опыление — перенос пыльцы с пыльников на рыльце пестика (это не оплодотворе-ние!!!!).
Оплодотворение — это процесс слияния яйцеклетки и сперматозоида, в результате чего образуется зигота – зародышевая клетка или первая клетка нового организма.
