Жизненный клеточный цикл. Жизнь клетки от момента е возникновения в результате деления материнской клетки до ее собственного деления или смерти называется жизненным или клеточным циклом.
Обязательным компонентом клеточного цикла является митотический цикл, включающий подготовку к делению и само деление. В жизненном цикле есть также периоды покоя, когда клетка только исполняет свой функций и избирает свою дальнейшую судьбу погибнуть либо возвратится в митотический цикл. Подготовка клетки к делению, или интерфаза, составляет значительную часть митотического цикла. Она состоит из трех подпериодов постмитотический, или пресинтетический - G1, синтетический S и постсинтетический, или премитотический G2. Период G1 самый вариабельный по продолжительности.
Во время его в клетке активизируются процессы биологического синтеза, в первую очередь структурных и функциональных белков. Клетка растет и готовится к следующему периоду. Период S главный в митотическом цикле. В делящихся клетках млекопитающих он длится около 6 10 ч. В это время клетка продолжает синтезировать РНК, белки, но самое важное осуществляет синтез ДНК. Редупликация ДНК происходит асинхронно.
Но к концу S периода вся ядерная ДНК удваивается, каждая хромосома становится двунитчатой, то есть состоит из двух хроматид идентичных молекул ДНК. Период G2 относительно короток, в клетках млекопитатающих он составляет около 2 5 ч. В это время количество центриолей, митохондрей и пластид удваивается, идут активные метаболические процессы, накапливаются белки и энергия для предстоящего деления. Клетка приступает к делению. 2. Деление клетки.
Описано три способа деления эукариотических клеток амитоз прямое деление, митоз непрямое деление и мейоз редукционное деление. Амитоз. Амитоз относительно редкий и малоизученный способ деления клетки. Описан он для стареющих и патологически измененных клеток. При амитозе интерфазное ядро делится путем перетяжки, равномерное распределение наследственного материала не обеспечивается. Нередко ядро делится без последующего разделения цитоплазмы и образуются двухъядерные клетки.
Клетка, претерпевшая амитоз, в дальнейшим не способна вступать в нормальный митотический цикл. Поэтому амитоз встречается, как правило, в клетках и тканях, обреченных на гибель, например, в клетках зародышевых оболочек млекопитающих, в клетках опухолей. Митоз. Митоз от греч. mitos - нить, кариокинез, непрямое деление клетки, наиболее распространнный способ воспроизведения репродукции клеток, обеспечивающий тождественное распределение генетического материала между дочерними клетками и преемственность хромосом в ряду клеточных поколений.
Биологическое значение М. определяется сочетанием в нм удвоения хромосом путм продольного расщепления их и равномерного распределения между дочерними клетками. Началу М. предшествует период подготовки, включающий накопление энергии, синтез дезоксирибонуклеиновой кислоты ДНК и репродукцию центриолей. Источником энергии служат богатые энергией, или так называемые макроэргические соединения. М. не сопровождается усилением дыхания, т. к. окислительные процессы происходят в интерфазе наполнение энергетического резервуара. Периодическое наполнение и опустошение энергетического резервуара - основа энергетики М. Стадии митоза.
Единый процесс М. обычно подразделяют на 4 стадии профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Препрофаза - синтетическая стадия М соответствующая концу интерфазы S - G2 периоды, включает удвоение ДНК и синтез материала митотического аппарата. В профазе происходят реорганизация ядра с конденсацией и спирализацией хромосом, разрушение ядерной оболочки и формирование митотического аппарата путм синтеза белков и сборки их в ориентированную систему веретена деления клетки.
Метафаза заключается в движении хромосом к экваториальной плоскости метакинез, или прометафаза, формировании экваториальной пластинки материнской звезды и в разъединении хроматид, или сестринских хромосом. Анафаза - стадия расхождения хромосом к полюсам. Анафазное движение связано с удлинением центральных нитей веретена, раздвигающего митотические полюсы, и с укорочением хромосомальных микротрубочек митотического аппарата.
Удлинение центральных нитей веретена происходит либо за счт поляризации запасных макромолекул, достраивающих микротрубочки веретена, либо за счт дегидратации этой структуры. Укорочение хромосомальных микротрубочек обеспечивается свойствами сократительных белков митотического аппарата, способных к сокращению без утолщения. Телофаза заключается в реконструкции дочерних ядер из хромосом, собравшихся у полюсов, разделении клеточного тела цитотомия, цитокинез и окончательном разрушении митотического аппарата с образованием промежуточного тельца.
Реконструкция дочерних ядер связана с деспирализацией хромосом, восстановлением ядрышка и ядерной оболочки. Цитотомия осуществляется путм образования клеточной пластинки в растительной клетке или путм образования борозды деления в животной клетке. Механизм цитотомии связывают либо с сокращением желатинизированного кольца цитоплазмы, опоясывающего экватор гипотеза сократимого кольца, либо с расширением поверхности клетки вследствие распрямления петлеобразных белковых цепей гипотеза расширения мембран.
Продолжительность митоза зависит от размеров клеток, их плоидности, числа ядер, а также от условий окружающей среды, в частности от температуры. В животных клетках М. длится 30-60 мин, в растительных - 2-3 часа. Более длительны стадии М связанные с процессами синтеза препрофаза, профаза, телофаза самодвижение хромосом метакинез, анафаза осуществляется быстро.
Мейоз. Мейоз от греч. meiosis - уменьшение, редукционное деление, деления созревания, способ деления клеток, в результате которого происходит уменьшение редукция числа хромосом в два раза и одна диплоидная клетка содержащая два набора хромосом после двух быстро следующих друг за другом делении дат начало 4 гаплоидным содержащим по одному набору хромосом. Восстановление диплоидного числа хромосом происходит в результате оплодотворения. М обязательное звено полового процесса и условие формирования половых клеток гамет.
Биологическое значение М. заключается в поддержании постоянства кариотипа в ряду поколений организмов данного вида и обеспечении возможности рекомбинации хромосом и генов при половом процессе. М один из ключевых механизмов наследственности и наследственной изменчивости. Поведение хромосом при М. обеспечивает выполнение основных законов наследственности. Первая фаза М профаза I, наиболее сложная и длительная у человека 22,5, у лилии 8-10 суток, подразделяется на 5 стадий.
Лептотена - стадия тонких нитей, когда хромосомы слабо спирализованы и наиболее длинны, видны утолщения - хромомеры. Зиготена - стадия начала попарного, бок о бок соединения синапсиса, конъюгации гомологичных хромосом при этом гомологичные хромомеры взаимно притягиваются и выстраиваются строго друг против друга. Пахитена - стадия толстых нитей гомологичные хромосомы стабильно соединены в пары - биваленты, число которых равно гаплоидному числу хромосом под электронным микроскопом видна сложная ультраструктура в месте контакта двух гомологичных хромосом внутри бивалента т. н. синаптонемальный комплекс, который начинает формироваться ещ в зиготене в каждой хромосоме бивалента обнаруживаются 2 хроматиды т. о бивалент тетрада, по старой терминологии состоит из 4 гомологичных хроматид на этой стадии происходит кроссинговер, осуществляющийся на молекулярном уровне цитологические последствия его обнаруживаются на следующей стадии.
Диплотена - стадия раздвоившихся нитей гомологичные хромосомы начинают отталкиваться друг от друга, но оказываются связанными, обычно в 2-3 точках на бивалент, где видны хиазмы перекресты хроматид - цитологическое проявление кроссинговера.
Диакинез - стадия отталкивания гомологичных хромосом, которые по-прежнему соединены в биваленты хиазмами, перемещающимися на концы хромосом терминализация хромосомы максимально коротки и толсты за счт спирализации и образуют характерные фигуры кресты, кольца и др. Следующая фаза М метафаза I, во время которой хиазмы ещ сохраняются биваленты выстраиваются в средней части веретена деления клетки, ориентируясь центромерами гомологичных хромосом к противоположным полюсам веретена.
В анафазе I гомологичные хромосомы с помощью нитей веретена расходятся к полюсам при этом каждая хромосома пары может отойти к любому из двух полюсов, независимо от расхождения хромосом др. пар. Поэтому число возможных сочетаний при расхождении хромосом равно 2n, где n - число пар хромосом.
В отличие от анафазы митоза, центромеры хромосом не расщепляются и продолжают скреплять 2 хроматиды в хромосоме, отходящей к полюсу. В телофазе I у каждого полюса начинается деспирализация хромосом и формирование дочерних ядер и клеток. Далее следует короткая интерфаза без редупликации ДНК - интеркинез, и начинается второе деление М. Профаза II, метафаза II, анафаза II и телофаза II проходят быстро при этом в конце метафазы II расщепляются центромеры, и в анафазе II расходятся к полюсам хроматиды каждой хромосомы.
Эта классическая схема М. имеет исключения. Например, у растений рода ожика Luzula и насекомых семейства кокцид Coccidae в первом делении М. расходятся хроматиды, а во втором - гомологичные хромосомы, однако и в этих случаях в результате М. происходит редукция числа хромосом. Различия между сперматогенезом и оогенезом у животных и образованием микроспор и мегаспор у растений не отражаются на поведении хромосом в ходе М хотя размеры и судьбы сестринских клеток оказываются разными.
Известны аномалии М. У межвидовых гибридов все хромосомы, а у анеуплоидов непарные хромосомы не способны конъюгировать и остаются в виде унивалентов у автополиплоидов образуются объединения более чем из 2 хромосом - т. н. мультиваленты. В каждом из этих случаев невозможна правильная редукция числа хромосом в анафазе I образующиеся гаметы с несбалансированными наборами хромосом либо сами нежизнеспособны, либо дают нежизнеспособное или уродливое потомство.
Отсутствие хиазм ахизматия обычно приводит к тем же результатам, однако у самцов некоторых видов мух, в том числе у дрозофилы, хиазмы всегда отсутствуют, хотя гаметы образуются нормальные. Причины перехода клеток от деления путм митоза к М. в жизненном цикле каждого организма, а также молекулярные механизмы конъюгации гомологичных хромосом и кроссинговера исследуются. Животная и растительная клетки. Сравнение. Перед тем как начать сравнение надо еще раз упомянуть хотя об этом уже не раз говорилось, что и растительные и животные клетки объединяются вместе с грибами в надцарство эукариот, а для клеток данного надцарства типично наличие мембранной оболочки, морфологически обособленного ядра и цитоплазмы матрикс содержащей различные органоиды и включения.
Итак, сравнение животной и растительной клеток Общие признаки1. Единство структурных систем цитоплазмы и ядра.2. Сходство процессов обмена веществ и энергии.3. Единство принципа наследственного кода.4. Универсальное мембранное строение.5. Единство химического состава.6. Сходство процесса деления клеток. Растительная клеткаЖивотная клеткаРазмер ширина10 100 мкм10 30 мкмФормаОднообразная кубическая или плазматическая. Форма разнообразнаяКлеточная стенкаХарактерно наличие толстой целлюлозной клеточной стенки, углеводный компонент клеточной оболочки сильно выражен и представлен целлюлозной клеточной оболочной. Имеют, как правило тонкую клеточную стенку, углеводный компонент относительно тонок толщина 10 20 нм, представлен олигосахаридными группами гликопротеинов и гликолипидов и называется гликокаликсом.
Клеточный центрУ низших растений. Во всех клеткахЦентриолинетестьПоложение ядраЯдра у высокодифференцированных растительных клеток, как правило, оттеснены клеточным соком к периферии и лежат пристеночно. У животных клеток они чаще всего занимают центральное положение.
ПластидыХарактерны для клеток фотосинтезирующих организмов растения фотосинтезирующие организмы. В зависимости от окраски различают три основных типа хлоропласты, хромопласты и лейкопласты.нетВакуолиКрупные полости, заполненные клеточным соком водным растворомразличных веществ, являющихся запаснымиили конечными продуктами.
Осмотические резервуары клеткиСократительные, пищеварительные, выделительные вакуоли. Обычно мелкиеВключенияЗапасные питательныевещества в виде зерен крахмала, белка, капель масла вакуоли с клеточным соком кристаллы солейЗапасные питательныевещества в виде зерен и капель белки, жиры, углевод гликоген конечные продукты обмена, кристаллы солей пигментыСпособ деленияЦитокинез путем образования посередине клетки фрагмопласта. Деление путем образования перетяжки. Главный резервный питательный углеводКрахмалГликогенСпособ питанияАвтотрофный фототрофный, хемотрофныйГетеротрофный Способность к фотосинтезуестьнетСинтез АТФВ хлоропластах, митохондрияхВ митохондриях Рис.1 Эукариотическая клетка Рис. 1.