Размножение клетки и её жизненный цикл

 

Вспомните

 

  как образуются органические вещества в клетке;

 

  каковы механизмы обеспечения клетки энергией.

 

    Понятие о делении клетки. Все клетки размножаются путём деления уже существующей клетки, реализуя основной закон жизни: «Клетка — от клетки». Этот процесс наблюдается и у одноклеточных, и у многоклеточных организмов.

 

    Образовавшиеся дочерние клетки становятся способными к делению после периода своего роста и развития. Это обусловлено тем, что делению клетки должно предшествовать удвоение её наследственного материала, заключённого в хромосомах. В противном случае в дочерние клетки их попадало бы всё меньше и меньше. Каждая дочерняя клетка, образовавшаяся при делении, получает копию хромосом с наследственной информацией от родительской клетки.

 

 

Самовоспроизведение путём деления — общее свойство клеток одноклеточных и многоклеточных организмов. Однако этот процесс происходит неодинаково у клеток прокариот и эукариот.

 

 

    Деление клеток у прокариот обусловлено особенностями их строения. У прокариотических клеток нет ядра. Наследственный материал у бактерий представлен одной кольцевой молекулой ДНК, которую условно считают хромосомой. Кольцевая ДНК обычно прикреплена к клеточной мембране.

 

   Клетки размножаются простым делением надвое. Весь процесс происходит следующим образом. Перед делением клетки бактериальная ДНК удваивается Дочерние ДНК. в свою очередь, оказываются прикреплёнными к клеточной мембране. Далее клеточная мембрана образует перетяжку между двумя образовавшимися молекулами ДНК Таким образом, цитоплазма оказывается поделённой между двумя дочерними клетками, в каждой из которых содержится по идентичной кольцевой молекуле ДНК.

 

    Деление клеток у эукариот происходит более сложно. Сначала осуществляется деление ядра на две равнозначные части, а затем — деление цитоплазмы клетки. У эукариот хромосомы, число которых может достигать значительного количества, содержатся в ядре. Равномерное и точное распределение удвоившихся хромосом между ядрами дочерних клеток обеспечивается специальным аппаратом — веретеном деления. Оно состоит из нитей, образованных микротрубочками. В формировании веретена деления участвует особый органоид — клеточный центр, который определяет полюса делящейся клетки.

 

   Затем происходит разделение цитоплазмы материнской клетки. В итоге образуются две полностью самостоятельные дочерние клетки. Этот процесс называют митозом (греч. mitos — «нить»).

В результате митоза происходит сначала удвоение, а затем равномерное распределение наследственного материала между двумя ядрами дочерних клеток.

 

   Различают четыре фазы, или стадии, митоза, следующие одна за другой: первая фаза — профаза, вторая — метафаза, третья — анафаза и четвёртая, завершающая, — телофаза

 

 

   Профаза: увеличивается объём ядра, ядерная мембрана распадается. В результате спирали за ци и молекул ДНК хромосомы укорачиваются и утолщаются. К концу профазы чётко видны удвоенные хромосомы, состоящие из двух нитевидных копий — хроматид. образующихся в результате удвоения (репликации) ДНК Хроиатиды соединены перетяжкой — центромерой. На полюсах клетки из микротрубочек формируется аппарат, обеспечивающий расхождение хромосом, — веретено деления.

 

   Метафаза: хромосомы перемещаются в середину клетки, каждая из них состоит из двух хроматид, соединённых центромерой. Нити веретена деления одним концом прикреплены к центромерам.

 

    Анафаза: центромеры разъединяются и удаляются друг от друга, связанные с ними нити веретена деления укорачиваются и хроматиды расходятся к противоположным полюсам веретена.

 

    Телофаза: на противоположных концах клетки формируются новые ядра: хромосомы в новых ядрах становятся тонкими, невидимыми в микроскоп, вновь появляется ядрышко и образуется оболочка ядра.

 

    Одновременно с телофазой начинается разделение цитоплазмы. Вначале образуется перетяжка (перегородка) между дочерними клетками. Спустя некоторое время содержимое клетки оказывается разделённым. Так образуются две полностью разделённые дочерние клетки с одинаковыми ядрами. Но существуют клетки (эритроциты, нейроны), которые не делятся. Процесс митоза занимает приблизительно 1-2 ч. Продолжительность его различается у разных типов клеток. Зависит он также и от условий окружающей среды.

 

Благодаря митозу дочерние клетки получают точно такую же генетическую информацию, какая содержится в материнской клетке.

 

 

 

n - количество хромосом

c - количество ДНК

    Клеточный цикл. Существование клетки от момента её возникновения до разделения на дочерние клетки называют жизненным циклом клетки или клеточным циклом. В жизненном цикле клетки выделяют два этапа (или стадии).

 

   Первый этап клеточного цикла — подготовка клетки к делению. Его называют интерфазой (лат. inter — «между» и греч. phasis — «появление»). Интерфаза в клеточном цикле занимает самый большой (до 90 %) промежуток времени. В этот период в клетке отчётливо видны ядро и ядрышка. Идёт активный рост молодой клетки, осуществляются биосинтез белков, их накопление, подготовка молекул ДНК к удвоению, а затем и удвоение (репликация) всего материала хромосом. Во время удвоения хромосомы не видны. Удвоенная хромосома состоит из двух половинок, содержащих по одной двухцепочечной молекуле ДНК. Характерными признаками интерфазных клеток являются деспирализация (раскрученность) хромосом и их равномерное распределение в виде рыхлой массы по всему ядру.

Фазы клеточного цикла:

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).

S и G2 непосредственно связаны с митозом, поэтому их иногда выделяют в отдельный период — препрофазу.

После этого наступает собственно митоз, который состоит из четырех фаз. 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.

 

 

    На втором этапе клеточного цикла происходит митоз — разделение клетки на две дочерние.

 

    После разделения каждая из двух дочерних клеток вновь вступает в период интерфазы. С этого момента они начинают новый (теперь уже их собственный) клеточный цикл.

 

Клеточный цикл состоит из двух стадий — интерфазы и митоза.

 

    Дочерние клетки генетически идентичны родительской. Каких-либо изменений в генетическом аппарате здесь не происходит. Поэтому все клетки, появляющиеся в процессе митотического деления, и образовавшиеся из них ткани обладают генетической однородностью.

 

 

 

1. Объясните различия в процессах клеточного деления у прокариот и эукариот.

 

2. Почему при бесполом размножении потомки идентичны родителю?

 

3.  Охарактеризуйте процесс митоза и особенности каждой его стадии.

 

4.  Замените выделенные слова соответствующими терминами.

 

  Первая фаза митоза начинается, когда хромосомы становятся видимыми.

 

  В конце третьей фазы митоза хромосомы находятся на противоположных полюсах клетки.

 

  Структуры клетки, содержащие генетическую информацию, становятся видимыми только во время митоза.

Митоз в клетках корешка лука: 1-интерфаза; 2,3 — профаза; 4 — метафаза; В — анафаза; 6 — телофаза; 7 — цитокинез.

Митоз (сложно)