Размножение клеток
Существование клетки с момента ее возникновения в результате деления материнской клетки до последующего деления или смерти называется клеточным циклом. Он состоит из интерфазы и митоза.
Интерфаза
Интерфаза — это наиболее длительная часть клеточного цикла. Она состоит из трех периодов (пресинтетический, синтетический и постсинтетический). Пресинтетический период (G1) следует непосредственно за делением. Как правило, это самый длительный период интерфазы. В это время происходит подготовка клетки
к удвоению хромосом: синтезируется РНК и АТФ, образуются белки, увеличивается поверхность гранулярной эндоплазматической сети, растет число рибосом и митохондрий. Клетка интенсивно растет. Генетический набор — 2n2c. В синтетическом периоде (S) продолжается синтез РНК и белков, а также происходит удвоение хромосом, в основе которого лежит репликация ДНК. Вновь синтезированная ДНК сразу соединяется с белками. По окончании этого периода каждая хромосома оказывается удвоенной — состоящей из двух сестринских хроматид. Сестринские хроматиды тесно сближены и соединены друг с другом с помощью первичной
перетяжки (центромеры). Генетический набор — 2n4c. Постсинтетический период (G2) — клетка готовится к делению: синтезируются белки микротрубочек, запасается энергия в виде АТФ. Это самый короткий период интерфазы. Генетический набор — 2n4c.
Митоз
Митоз — это непрямое деление клетки. При этом из одной материнской клетки
с диплоидным набором хромосом образуются две дочерние клетки с диплоидным набором хромосом, идентичные исходной. Длительность митоза составляет 1—3 часа. Он состоит из 4 последовательных фаз: профазы, метафазы, анафазы и
телофазы (рис. 4.31).
Рис. 4.31. Фазы митоза |
Профаза (набор 2n4c). Хромосомы укорачиваются и утолщаются, к концу профазы некоторые хромосомы можно различить среди общей массы. Ядрышко, хорошо видимое в начале профазы, к ее концу исчезает. Центриоли начинают расходиться к полюсам клетки. В цитоплазме образуются нити веретена деления и формируются два полюса деления. К концу профазы[1] растворяется ядерная оболочка и хромосомы оказываются в цитоплазме.
Метафаза (набор 2n4c). К центромерным районам хромосом прикрепляются микротрубочки веретена деления обоих полюсов, хромосомы двигаются и занимают центральное положение в клетке. Все хромосомы обособлены друг от
друга и хорошо различимы. К концу метафазы хроматиды каждой хромосомы четко обособляются друг от друга, они соединены только центромерой.
Анафаза (набор 4n4c). Сестринские хроматиды всех хромосом одновременно разъединяются и расходятся к полюсам клетки с помощью микротрубочек веретена деления. С этого момента каждая хроматида считается самостоятельной хромосомой.
Телофаза (набор 4n4c ® 2n2c). Вокруг собранных у полюсов хромосом формируется ядерная оболочка. Хромосомы удлиняются и утончаются, превращаясь
в тонкие и длинные нити, неразличимые в световой микроскоп. Образуются ядрышки. Происходит разрушение микротрубочек. Телофаза заканчивается цитокинезом — делением цитоплазмы (у животных формируется перетяжка из мембраны,
у растений — клеточная стенка). Органоиды оказываются в дочерних клетках примерно в равных количествах.
Биологическое значение митоза. Митоз лежит в основе процессов роста и вегетативного размножения всех эукариот. Благодаря митозу поддерживается постоянство числа хромосом в клеточных поколениях и осуществляется передача генетической информации. С помощью митоза заменяются старые и отмершие клетки организма.
Мейоз
Мейоз — это непрямое деление клеток, в результате которого число хромосом
в образующихся клетках уменьшается вдвое. Мейоз проходит при гаметогенезе
у животных и при образовании спор у растений (гаметы растений образуются
митозом). В результате из каждой клетки с диплоидным набором хромосом образуются 4 гаплоидные клетки. Мейоз состоит из двух следующих друг за другом
делений, называемых первым и вторым мейотическими де-
лениями. Каждое из этих делений имеет фазы, аналогичные митозу.
Первое деление мейоза (редукционное). Профаза I (набор 2n4c). Хромосомы утолщаются и укорачиваются и становятся видимыми. Происходит конъюгация — гомологичные хромосомы начинают объединяться друг с другом и образуют хромосомные пары или биваленты. Их число соответствует гаплоидному набору хромосом. Далее в бивалентах происходит кроссинговер — обмен участками между гомологичными хромосомами (рис. 4.32). К концу профазы связь между гомологичными хромосомами ослабевает. Профаза заканчивается исчезновением ядерной оболочки и ядрышка. Характерной особенностью профазы I мейоза является то, что хромосомы не перестают синтезировать РНК (в отличие от митоза). Синтез РНК прекращается только к концу профазы.
Метафаза I (набор 2n4c). В нее вступают биваленты, а не одиночные хромосомы. К ним прикрепляются нити веретена деления — с каждого полюса только к одной хромосоме в биваленте (т. е. каждая хромосома в биваленте соединена только с одним полюсом), и биваленты выстраиваются по экватору клетки. Анафаза I (набор 2n4c) — бивалент распадается на две хромосомы, которые отходят к разным полюсам клетки. Телофаза I (набор 2n4c ® n2c) — хромосомы деконденсируются, образуется ядерная оболочка, разрушаются нити веретена деления. Затем наступает короткий период — интеркинез, у некоторых организмов он отсутствует. При этом необходимо отметить, что удвоение хромосом между первым и вторым делениями мейоза не происходит.
Второе деление мейоза. Соответствует митотическому делению, только стадии обозначаются с цифрой II: профаза II (набор n2c), метафаза II (набор n2c), анафаза II (набор 2n2c) и телофаза II (набор 2n2c ® nc). Второе деление проходит гораздо быстрее первого. В целом мейоз гораздо более длительный процесс, чем митоз (3,5 недели и 1—3 часа соответственно у человека).
Биологическое значение мейоза. Происходит образование половых клеток (гамет), необходимых для размножения. В мейозе происходит перекомбинирование наследственной информации, что повышает генетическое разнообразие вида и, в конечном итоге, повышает его выживаемость.
Амитоз
Амитоз — это прямое деление ядра перетяжкой или фрагментацией. Оно происходит без образования веретена деления, хромосомы не конденсируются, ядерная оболочка не разрушается, а само ядро находится в интерфазном состоянии. В результате такого деления генетический материал разделяется неравномерно. Цитокинез не всегда следует за делением ядра, поэтому могут возникать двухъядерные или многоядерные клетки. Амитоз характерен для клеток, заканчивающих развитие (например, отмирающие эпителиальные), а также он встречается при патологических процессах — при воспалении, росте злокачественных опухолей. После амитоза клетка не способна вернуться к нормальному митотическому циклу.
[1] Эту стадию часто считают самостоятельной и называют прометафазой.