Наряду с тем, что ДНК несет информацию, она имеет способность воспроизводиться, без чего клетки не могли бы передавать информацию от одного поколения к другому.
Рост организма, увеличение числа клеток, их размножение происходит путем деления. Основными способами деления клеток в организме человека являются митоз и мейоз.
Митотическое деление клеток приводит к увеличению числа клеток, к росту организма. Таким способом обеспечивается обновление клеток при их износе или гибели. Митоз осуществляется через
несколько стадий .
В интерфазе происходит подготовка к митозу, которая заключается главным образом в удвоении (редупликации) ДНК, усиленном синтезе РНК и белков, повышении активности ферментов, участвующих в синтезе ДНК. Две спирали имеющейся в клетке ДНК расходятся, и каждая становится матрицей для синтеза новых цепей ДНК.
Таким образом, в результате синтеза в клетке формируются дочерние молекулы ДНК, каждая из которых включает одну старую спираль
и одну новую. В период подготовки, также накапливаются молекулы АТФ, и удваиваются центриоли.
В профазе центриоли попарно расходятся к полюсам, хромосомы спирализуются и вследствие этого утолщаются, становятся видимыми, ядрышко исчезает, синтез РНК прекращается. Между полюсами клетки протягиваются нити веретена деления – формируется аппарат, обеспечивающий расхождение хромосом к полюсам клетки.
В конце периода ядерная оболочка распадается, и хромосомы оказываются беспорядочно рассеянными в цитоплазме.
В метафазе спирализация хромосом достигает максимума, и они устремляются к экватору клетки, располагаясь на равном расстоянии от полюсов. В каждой хромосоме имеется область первичной перетяжки – центромера, к которой во время митоза присоединяются нить веретена деления и плечи. На стадии метафазы хромосома состоит из двух хроматид, соединенных между собой только в области центромеры.
В анафазе вязкость цитоплазмы уменьшается, центромеры
разъединяются, и с этого момента хроматиды становятся самостоятельными хромосомами. Нити веретена деления, прикрепленные к центромерам, тянут хромосомы к полюсам клетки.
В телофазе хромосомы раскручиваются, деспирализуются, клетка делится на две меньших размеров, путем образования перетяжки, образуется ядерная оболочка.
Таким образом, в результате митоза обе дочерние клетки получают диплоидный набор хромосом. Митоз тормозится высокой температурой, высокими дозами ионизирующего излучения, действием ядов.
Благодаря митотическому делению дочерние клетки получают набор хромосом, идентичный материнскому.
Мейоз – специальный тип клеточного деления диплоидных
клеток, в результате которого в клетках исходное число хромосом уменьшается вдвое (из диплоидного становится гаплоидным) и формируются гаметы (яйцеклетки и сперматозоиды). Мужские гаметы созревают в мужских половых железах – семенниках; этот процесс называется сперматогенезом. Женские гаметы созревают в яичниках
в процессе овогенеза. В половых железах различают: зону размножения, зону роста и зону созревания; в зоне созревания гаметы окончательно формируются путем мейоза.
Мейоз происходит в результате двух последовательных делений родоначальной диплоидной клетки. Каждое деление включает четыре фазы. Все фазы первого мейотического деления обозначают цифрой I , а все фазы второго деления – цифрой II . Перед профазой I в клетках удваивается ДНК и в мейоз клетки вступают с хромосомным набором 2 n 4с, где n – это количество хромосом, а с – это количество молекул ДНК.
В профазе I хромосомы вначале имеют вид тонких нитей,
а затем утолщаются. Гомологичные хромосомы попарно объединяются так, что одна от матери и одна от отца располагаются рядом друг
с другом. Затем хромосомы очень тесно переплетаются, обмениваются своими участками, отделяются друг от друга и каждая новая хромосома содержит несколько генов матери и несколько генов отца. Данный процесс называется кроссинговером (и представляет один из источников генотипической комбинативной изменчивости). Каждая хромосома в результате самоудвоения состоят из двух хроматид (двух
молекул ДНК) и называется унивалентой, после сближения двух гомологичных хромосом образуются тетрады (биваленты). Как и в профазе митоза, в клетке в этот период формируется веретено деления, центриоли отходят к полюсам, оболочка ядра распадается, а тетрады движутся к центру клетки.
В метафизе I тетрады выстраиваются в плоскости экватора, гомологичные хромосомы в области центромер отходят друг от друга, оставаясь соединенными в области плеч. Нити веретена прикрепляются к центромерам гомологичных хромосом.
Во время анафазы I нити веретена увлекают униваленты к противоположным полюсам. При этом одна из двух гомологичных хромосом случайно оказываемся на одном полюсе, вторая – на другом. Именно в этот период происходит уменьшение вдвое (редукция) числа хромосом и их случайное перераспределение в будущих гаметах.
В заключительной фазе клетка вступает и телофазу I .
Таким образом, в итоге мейоза образуются две клетки, содержащие лишь по одной из двух гомологичных хромосом, каждая из которых состоит из двух хроматид. Хромосомы в результате кроссинговера обмениваются своими участками и несут, таким образом, перекомбинированный наследственный материал.Телофаза I длится недолго, и клетка переходит в интерфазу (краткую по времени), после которой наступает второе мейотическое деление. Во время интерфазы в отличие от митоза в клетках не происходит синтеза ДНК.
В профазе II по периферии ядра располагаются нитевидные хромосомы – униваленты, образуется веретено деления, хромосомы приближаются к плоскости экватора и клетка вступает в метафазу II .
В анафазе II хроматиды расходятся и увлекаются нитями веретена от плоскости экватора к противоположным полюсам. Вслед за этим наступает телофаза II , во время которой хромосомы истончаются, образуя нити, и у полюсов формируются ядра дочерних клеток. В итоге из двух клеток мейоза I в телофазе мейоза II образуются четыре дочерние зрелые гаметы, каждая из которых несет гаплоидное число хромосом.
Биологическое значение мейоза состоит в том, что:
· образуются хромосомы обновленного генетического состава благодаря кроссинговеру между гомологичными хромосомами;
· достигается наследственная разнородность гамет, так как во время первого мейотического деления из пары гомологичных хромосом в одну из двух гамет отходит материнская хромосома, в другую – отцовская;
· после оплодотворения гаплоидные гаметы (1 n 1с) от отца и матери создают диплоидное ядро зиготы с числом хромосом, присушим данному виду.
Взаимный обмен генетического материала в процессе мейоза объясняет, почему дети не полностью похожи на родителей и почему
каждый человек, кроме однояйцовых близнецов, имеет уникальный генетический состав.
Процессы сперматогенеза и овогенеза, в принципе сходны, но между ними имеются и различия. В результате сперматогенеза образуется четыре сперматозоида, а овогенез завершается образованием
одной яйцеклетки. Это обусловлено тем, что при первом и втором делениях созревания яйцеклетки не делятся пополам, а отделяют маленькие направительные, или редукционные тельца, которые несут полноценные хромосомные наборы, но практически лишены цитоплазмы и вскоре погибают. Биологический смысл образования телец заключается в необходимости сохранения в цитоплазме яйцеклетки максимального количества желтка, необходимого для развития будущего зародыша.
В профазе I хромосомы вначале имеют вид тонких нитей,
а затем утолщаются. Гомологичные хромосомы попарно объединяются так, что одна от матери и одна от отца располагаются рядом друг
с другом. Затем хромосомы очень тесно переплетаются, обмениваются своими участками, отделяются друг от друга и каждая новая хромосома содержит несколько генов матери и несколько генов отца. Данный процесс называется кроссинговером (и представляет один из источников генотипической комбинативной изменчивости). Каждая хромосома в результате самоудвоения состоят из двух хроматид (двух
молекул ДНК) и называется унивалентой, после сближения двух гомологичных хромосом образуются тетрады (биваленты). Как и в профазе митоза, в клетке в этот период формируется веретено деления, центриоли отходят к полюсам, оболочка ядра распадается, а тетрады движутся к центру клетки.
Описание процесса деления клетки.
Деление клетки остается единственным способом размножения клеток, который возможен в организме человека. Следует помнить о том, что чаще всего в организме осуществляется митотическое деление (митоз), в процессе которого происходит удвоение имеющегося в клетке генетического материала – результате такого деления получаются две клетки, который полностью соответствуют исходной. Таким путем в организме человека происходит деление клеток практически всех органов, исключение составляют половые клетки (гаметы) и некоторые клетки кроветворных органов, которые могут подвергаться амитотическому делению. Клетки получают возможность постоянно воспроизводить себе подобные, а вот количество делений, в которое может вступить клетка той или иной ткани организма может существенно различаться.
При созревании половых клеток происходит мейоз – деление клеток с сокращением количества наследственного материала в два раза. Именно поэтому после оплодотворения образуется клетка с нормальным количеством хромосом, которая вступает в процессы уже митотического деления. Важно помнить, что в процессе мейоза происходит обмен наследственным материалом между хромосомами – этот процесс носит название кроссинговера. Именно за счет этого обеспечивается изменчивость отдельных организмов, и даже родные братья и сестры имеют в своих клетках разные кариотипы, хотя и образуются эти организмы из половых клеток одних родителей.
Собственно, в тех случаях, когда на свет появляются однояйцевые, гомологичные близнецы, они имеют совершенно одинаковые кариотипы, ведь в процессы развития беременности эти организмы развиваются из одной пары половых клеток родителей, поэтому они очень похожи между собой — различия могут обнаруживаться только в очень незначительном числе признаков.
Амитотическое деление клеток представляет собой процесс простого деления, в котором не происходит слияния хромосом, а в делящейся клетке возникает перемычка, которая делит ее примерно на две одинаковые части. Именно по такому типу происходит деление некоторых кроветворных клеток, причем доказано, что во многом вступать в него могут только клетки, которые подверглись злокачественному перерождению. Во многом на определении способности кроветворных клеток к такому делению и диагностируют развитие злокачественных опухолей системы кроветворения – в норме иммунная система своевременно «отлавливает» и уничтожает таких клетки.
Деление клетки остается единственным способом размножения клеток, который возможен в организме человека. Следует помнить о том, что чаще всего в организме осуществляется митотическое деление (митоз), в процессе которого происходит удвоение имеющегося в клетке генетического материала – результате такого деления получаются две клетки, который полностью соответствуют исходной. Таким путем в организме человека происходит деление клеток практически всех органов, исключение составляют половые клетки (гаметы) и некоторые клетки кроветворных органов, которые могут подвергаться амитотическому делению. Клетки получают возможность постоянно воспроизводить себе подобные, а вот количество делений, в которое может вступить клетка той или иной ткани организма может существенно различаться.
Деление является не только залогом восстановления целостности тканей, но и размножения организмов. Само по себе деление клетки подразумевает образование двух или нескольких дочерних клеток из одной родительской. Хромосомы занимают очень важное место в процессе деления клеток. Именно они отвечают за передачу информации между поколениями.
Деление клетки. Митоз и мейоз
Существует две основные разновидности деления — митоз и мейоз. Первый подразумевает образование из одной родительской клетки двух дочерних. Число хромосом в обеих клетках остается таким же, как и в родительской клетке, то есть клетки одинаковы. Увеличение количества хромосом происходит перед делением. Таким образом, клетка превращается из диплоидной в тетраплоидную. По окончании образуются две диплоидные клетки.
Мейозом называют образование четырех клеток. При этом у каждой из них хромосом вдвое меньше, чем у материнской. Мейоз часто происходит сразу после первого деления. В итоге из одной диплоидной получаются четыре гаплоидные.
Между делениями клетка должна расти и развиваться, готовясь к новому делению. За это время в ней накапливается много белков и к тому же удваиваются наиболее важные органоиды, а вместе с ними и хромосомы.
Принято различать четыре фазы митоза, которые сменяют друг друга и продолжаются до двух часов. Митотическое деление клетки предполагает следующие стадии.
На первом этапе центриоли отходят к полюсам клетки. После этого образуются веретена деления. Хромосомы становятся более заметными. При этом растворяется ядерная оболочка, а далее исчезает ядрышко.
Вторая стадия деления состоит в том, что хромосомы должны расположиться вдоль экватора клетки и прикрепиться к веретенам деления.
На третьем этапе дочерние хромосомы или хроматиды начинают процесс расхождения к полюсам клетки благодаря веретенам.
На следующем этапе исчезают веретена деления, вокруг уже разошедшихся хромосом начинают образовываться ядерные оболочки. После этого делится цитоплазма и дочерние клетки формируются. Так происходит деление клетки.
Мейоз чаще всего связан с половым размножением клеток, а также формированием половых клеток у грибов, растений и животных. Деление клетки состоит из двух последовательных процессов деления, однако удвоение хромосом происходит только перед первым делением. Именно поэтому в образовавшихся клетках содержится половинный набор хромосом. Процесс мейоза содержит два основных этапа – перед делением и до деления, каждый из которых делится на отдельные стадии.
На первой стадии перед делением хромосомы достаточно хорошо заметны. При этом гомологичные хромосомы начинают образовывать пары, плотно прилегая друг к другу, а затем перекручиваясь по всей своей длине. После этого гомологичные участки хромосом обмениваются участками между собой и разделяются. Далее гомологичные хромосомы должны выстроиться по экватору. На следующем этапе хромосомы, которые состоят из двух хроматид, начинают расходиться к полюсам. При этом расхождение каждой пары не зависит от расхождения других пар хромосом. Так образуются дочерние клетки с половинным набором хромосом.
Второе деление клетки. Первый этап подразумевает разрушение ядерной оболочки и исчезновение ядрышка. После этого появляются веретена деления. Затем хромосомы должны выстроиться по экватору, прикрепляя веретена. На третьей стадии хроматиды обеих дочерних клеток постепенно расходятся к полюсам. После этого появляются клетки с одинарным набором хромосом. Далее из них образуются половые клетки. После слияния половых клеток число хромосом в новой клетке восстанавливается.
Существует две основные разновидности деления — митоз и мейоз. Первый подразумевает образование из одной родительской клетки двух дочерних. Число хромосом в обеих клетках остается таким же, как и в родительской клетке, то есть клетки одинаковы. Увеличение количества хромосом происходит перед делением. Таким образом, клетка превращается из диплоидной в тетраплоидную. По окончании образуются две диплоидные клетки.
Деление клеток играет большую роль в процессах онтогенеза. Во-первых, благодаря делению из зиготы, которая соответствует одноклеточной стадии развития, возникает многоклеточный организм. Во-вторых, пролиферация клеток, происходящая после стадии дробления, обеспечивает рост организма. В-третьих, избирательному размножению клеток принадлежит заметная роль в обеспечении морфогенетических процессов. В постнатальном периоде индивидуального развития благодаря клеточному делению осуществляется обновление многих тканей в процессе жизнедеятельности организма, а также восстановление утраченных органов, заживление ран.
Зигота, бластомеры и все соматические клетки организма, за исключением половых клеток, в периоде созревания гаметогенеза делятся митозом. Клеточное деление как таковое является одной из фаз клеточного цикла. От продолжительности интерфазы (G1 + S + G2-периоды) зависит частота последовательных делений в ряду клеточных поколений. В свою очередь интерфаза имеет разную продолжительность в зависимости от стадии развития зародыша, локализации и функции клеток.
Так, в периоде дробления эмбриогенеза клетки делятся быстрее, чем в другие, более поздние периоды. Во время гаструляции и органогенеза клетки делятся избирательно в определенных областях зародыша. Замечено, что там, где скорость клеточного деления высокая, происходят и качественные изменения в структуре эмбриональной закладки, т.е. органогенетические процессы сопровождаются активным размножением клеток. Показано, что растяжение клеток при их движении стимулирует клеточное деление. В сформировавшемся организме некоторые клетки, например нейроны, вообще не делятся, в то время как в кроветворной и эпителиальной тканях продолжается активное размножение клеток. Клетки некоторых органов взрослого организма в обычных условиях почти не делятся (печень, почка), но при наличии стимула в виде воздействия гормональных или внутритканевых факторов, часть из них может вступить в деление.
При изучении расположения делящихся клеток в тканях обнаружено, что они группируются гнездами. Само по себе деление клеток не придает эмбриональному зачатку определенной формы, и нередко эти клетки располагаются беспорядочно, но в результате последующего их перераспределения и миграции зачаток приобретает форму. Так, например, в зачатке головного мозга деление клеток сосредоточено исключительно в том слое стенки, который прилежит к полости невроцеля. Затем клетки передвигаются из зоны размножения к наружной стороне пласта и образуют ряд выпячиваний, так называемых мозговых пузырей. Таким образом, клеточное деление в эмбриогенезе носит избирательный и закономерный характер. Об этом же свидетельствует открытая в 60-х годах суточная периодичность количества делящихся клеток в обновляющихся тканях.
В настоящее время известен ряд веществ, которые побуждают клетки к делению, например фитогемагглютинин, некоторые гормоны, а также комплекс веществ, выделяющихся при повреждении тканей. Открыты также и тканеспецифичные ингибиторы клеточного деления — кейлоны. Их действие заключается в подавлении или замедлении скорости деления клеток в тех тканях, которые их вырабатывают. Например, эпидермальные кейлоны действуют только на эпидермис. Будучи тканеспецифичными, кейлоны лишены видовой специфичности. Так, эпидермальный кейлон трески действует и на эпидермис млекопитающего.
За последние годы установлено, что многие структуры зародыша образуются клетками, происходящими от небольшого числа или даже одной клетки. Совокупность клеток, являющихся потомками одной родоначальной клетки, называют клоном. Показано, например, что большие по объему участки центральной нервной системы формируются из определенных клеток раннего зародыша. Пока не ясно, в какой именно срок происходит отбор родоначальных клеток, каков механизм этого отбора. Важным следствием такой селекции является то, что многим клеткам раннего зародыша не суждено участвовать в дальнейшем развитии. В опытах на мышах показано, что организм развивается всего из трех клеток внутренней клеточной массы на стадии, когда бластоциста состоит из 64 клеток, а сама внутренняя клеточная масса содержит примерно 15 клеток. Клональные клетки могут быть причиной мозаицизма, когда большие группы клеток отличаются по набору хромосом или аллельному составу.
По-видимому, количество циклов клеточных делений в ходе онтогенеза генетически предопределено. Вместе с тем известна мутация, изменяющая размеры организма за счет одного дополнительного клеточного деления. Это мутация gt (giant), описанная у Drosophila melanogaster. Она наследуется по рецессивному сцепленному с полом типу. У мутантов gt развитие протекает нормально на протяжении всего эмбрионального периода. Однако в тот момент, когда нормальные особи окукливаются и начинают метаморфоз, особи gt продолжают оставаться в личиночном состоянии еще дополнительно 2—5 сут. За это время у них происходит одно, а может быть, и два дополнительных деления в имагинальных дисках, от количества клеток которых зависит размер будущей взрослой особи. Затем мутанты образуют куколку вдвое крупнее обычной. После метаморфоза несколько удлиненной по времени стадии куколки на свет появляется морфологически нормальная взрослая особь удвоенного размера.
У мышей описан ряд мутаций, обусловливающих снижение пролиферативной активности и следующие за этим фенотипические эффекты. К ним относят, например, мутацию or (ocular retardation), затрагивающую сетчатку глаза начиная с 10-х суток эмбрионального развития и приводящую к микрофтальмии (уменьшению размеров глазных яблок), и мутацию tgia, затрагивающую центральную нервную систему с 5—6-х суток после рождения и приводящую к отставанию роста и атрофии некоторых внутренних органов.
Таким образом, деление клеток является чрезвычайно важным процессом в онтогенетическом развитии. Оно протекает с разной интенсивностью в разное время и в разных местах, носит клональный характер и подвержено генетическому контролю. Все это характеризует клеточное деление как сложнейшую функцию целостного организма, подчиняющегося регулирующим влияниям на различных уровнях: генетическом, тканевом, онтогенетическом.
Дата публикования: 2015-02-20 ; Прочитано: 131 | Нарушение авторского права страницы
Таким образом, деление клеток является чрезвычайно важным процессом в онтогенетическом развитии. Оно протекает с разной интенсивностью в разное время и в разных местах, носит клональный характер и подвержено генетическому контролю. Все это характеризует клеточное деление как сложнейшую функцию целостного организма, подчиняющегося регулирующим влияниям на различных уровнях: генетическом, тканевом, онтогенетическом.
Митоз — основной способ деления эукариотических клеток, при котором сначала происходит удвоение, а затем равномерное распределение между дочерними клетками наследственного материала.
Митоз представляет собой непрерывный процесс, в котором выделяют четыре фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Перед митозом происходит подготовка клетки к делению, или интерфаза. Период подготовки клетки к митозу и собственно митоз вместе составляют митотический цикл. Ниже приводится краткая характеристика фаз цикла.
Интерфаза состоит из трех периодов: пресинтетического, или постмитотического, — G1, синтетического — S, постсинтетического, или премитотического, — G2.
Пресинтетический период (2n 2c, где n — число хромосом, с — число молекул ДНК) — рост клетки, активизация процессов биологического синтеза, подготовка к следующему периоду.
Синтетический период (2n 4c) — репликация ДНК.
Постсинтетический период (2n 4c) — подготовка клетки к митозу, синтез и накопление белков и энергии для предстоящего деления, увеличение количества органоидов, удвоение центриолей.
Профаза (2n 4c) — демонтаж ядерных мембран, расхождение центриолей к разным полюсам клетки, формирование нитей веретена деления, «исчезновение» ядрышек, конденсация двухроматидных хромосом.
Метафаза (2n 4c) — выстраивание максимально конденсированных двухроматидных хромосом в экваториальной плоскости клетки (метафазная пластинка) , прикрепление нитей веретена деления одним концом к центриолям, другим — к центромерам хромосом.
Анафаза (4n 4c) — деление двухроматидных хромосом на хроматиды и расхождение этих сестринских хроматид к противоположным полюсам клетки (при этом хроматиды становятся самостоятельными однохроматидными хромосомами) .
Телофаза (2n 2c в каждой дочерней клетке) — деконденсация хромосом, образование вокруг каждой группы хромосом ядерных мембран, распад нитей веретена деления, появление ядрышка, деление цитоплазмы (цитотомия) . Цитотомия в животных клетках происходит за счет борозды деления, в растительных клетках — за счет клеточной пластинки.
Мейоз — это особый способ деления эукариотических клеток, в результате которого происходит переход клеток из диплоидного состояния в гаплоидное. Мейоз состоит из двух последовательных делений, которым предшествует однократная репликация ДНК.
Первое мейотическое деление (мейоз 1) называется редукционным, поскольку именно во время этого деления происходит уменьшение числа хромосом вдвое: из одной диплоидной клетки (2n 4c) образуются две гаплоидные (1n 2c).
Интерфаза 1 (в начале — 2n 2c, в конце — 2n 4c) — синтез и накопление веществ и энергии, необходимых для осуществления обоих делений, увеличение размеров клетки и числа органоидов, удвоение центриолей, репликация ДНК, которая завершается в профазе 1.
Профаза 1 (2n 4c) — демонтаж ядерных мембран, расхождение центриолей к разным полюсам клетки, формирование нитей веретена деления, «исчезновение» ядрышек, конденсация двухроматидных хромосом, конъюгация гомологичных хромосом и кроссинговер. Конъюгация — процесс сближения и переплетения гомологичных хромосом. Пару конъюгирующих гомологичных хромосом называют бивалентом. Кроссинговер — процесс обмена гомологичными участками между гомологичными хромосомами.
Профаза 1 подразделяется на стадии: лептотена (завершение репликации ДНК) , зиготена (конъюгация гомологичных хромосом, образование бивалентов) , пахитена (кроссинговер, перекомбинация генов) , диплотена (выявление хиазм, 1 блок овогенеза у человека) , диакинез (терминализация хиазм).
Постсинтетический период (2n 4c) — подготовка клетки к митозу, синтез и накопление белков и энергии для предстоящего деления, увеличение количества органоидов, удвоение центриолей.
Давайте будем совместно делать уникальный материал еще лучше, и после его прочтения, просим Вас сделать репост в удобную для Вас соц. сеть.
