Лекция 6. ДЕЛЕНИЕ КЛЕТОК И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ

Вопросы:

1. Клеточный цикл

2. Прямое деление клеток – амитоз

3. Непрямое деление клеток – митоз, мейоз

4. Отличие митоза от мейоза

Клеточный цикл.Клеточный цикл представляет собой период жизнедеятельности клетки от конца одного деления до конца другого деления. Состоит из интерфазы и непосредственно процесса деления клетки. Продолжительность клеточного цикла не одинакова для разных клеток одного организма. У человека продолжительность клеточного цикла лейкоцитов составляет 3-5 суток, клеток эпителия глаза – 2-3 суток, клеток костного мозга – 8-12 суток. Нервные клетки живут столько же, сколько и человек и клеточный цикл их не имеет завершения.

Содержание генетической информации в клетке в период деления обозначают следующими символами: n – набор хромосом, с – количество ДНК в одной хроматиде, хр – число хроматид в одной хромосоме.

Интерфаза – период жизнедеятельности клетки между делениями. Считалось, что в период интерфазы ядро неактивно, но в настоящее время доказано, что ядро в этот период находится в состоянии наивысшей метаболической и синтетической активности. Период интерфазы занимает около 90% всего времени клеточного цикла и включает три периода:

1. G₁ – пресинтетический – период, предшествующий синтезу ДНК. Здесь происходит синтез мРНК, синтез ферментов и других веществ (2n 1хр 2с).

2. S – синтетический – период синтеза и репликации ДНК. Каждая хроматида достраивает себе подобную, а генетическая информация к концу этого периода становится 2n 2хр 2с.

3. G₂ –постсинаптический – происходит подготовка к делению через процессы упаковки и спирализации хромосом.

Амитоз – прямое деление клетки. Протекает с сохранением интерфазного ядра путем «перешнуровывания» ядра и цитоплазмы клетки на две части. В результате амитоза образуются две дочерние клетки, не идентичные друг другу, т. к. распределение наследственного материала происходит неравномерно. У человека амитоз в норме встречается в клетках печени, эпителиальной ткани серозных оболочек и при заживлении повреждений мышечной и костной ткани (операционные рубцы, колотые и резаные раны, переломы костей). Кроме этого амитоз является основным способом деления раковых клеток.

Митоз -непрямое деление клеток. Митоз является основным способом деления эукариотических клеток. Состоит из двух этапов: деления ядра – карикинеза и деления цитоплазмы – цитокинеза. Продолжительность митоза колеблется от 30 минут до 3 часов.

При митозе клетка проходит 5 стадий: профазу, прометафазу, метафазу, анафазу и телофазу.

ПРОФАЗА – первая стадия подготовки ядра к делению. Хромосомы спирализуются и становятся видимыми. Располагаются по всему ядру. Каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид, образовавшихся в интерфазе. В профазе начинается расхождение центриолей клеточного центра и образование ахроматинового аппарата (веретена деления). Окончание профазы характеризуется исчезновением ядрышек и оболочки ядра. Содержание генетической информации - 2n2хр4с.

ПРОМЕТАФАЗА. Некоторые исследователи выделяют эту стадию деления клетки. Она характеризуется движением хромосом к экваториальной плоскости клетки. Это движение и распределение хромосом на экваторе веретена называется метакинезом. Содержание генетической информации - 2n2хр4с.

МЕТАФАЗА. Хромосомы располагаются в экваториальной плоскости, перпендикулярной оси ахроматинового веретена. Хромосомы образуют метафазную пластинку. Они располагаются так, что центромера находится строго в экваториальной плоскости. Нити веретена деления приобретают более плотную консистенцию, чем остальная цитоплазма. К каждой центромере прикрепляется по одной нити из каждого полюса. Содержание генетической информации - 2n2хр4с.

АНАФАЗА. Сестринские хроматиды, называемые уже хромосомами, расходятся к полюсам клетки. Во время движения они изгибаются и принимают форму шпильки, повернутой в сторону экватора. Содержание генетической информации - 2n1хр2с.

ТЕЛОФАЗА. Дочерние хромосомы деспирализуются и утрачивают видимую индивидуальность. Образуется оболочка ядра. Восстанавливаются ядрышки.

ЦИТОКИНЕЗ. Деление тела клетки происходит за делением ядра. В животной клетке деление происходит путем перешнуровывания цитоплазмы материнской клетки от периферии к центру по экватору. В растительной клетке формируется перегородка.

Генетическим результатом митоза является «жесткое» сохранение исходного генотипа. Число хромосом остается постоянным.

ЭНДОМИТОЗ. Происходит репродукция хромосом, но деление ядра не происходит. Встречается в интенсивно функционирующих клетках.

ПОЛИТЕНИЯ. Воспроизведение хромосом происходит без их увеличения. Отмечается в клетках слюнных желез двукрылых.

Мейоз – это два последовательных деления ядра, которые ведут к образованию гамет. Эти деления называют редукционным (число хромосом уменьшается вдвое) и эквационным (уравнительным) – в клетках сохраняется гаплоидное число хромосом.

В делящихся клетках всегда наблюдается постоянный для вида набор хромосом. При оплодотворении у животных и растений происходит слияние ядер родительских гамет. Отсюда следует, что должен существовать механизм, обеспечивающий редукцию числа хромосом, который компенсировал бы удвоение их набора при оплодотворении.

В 1887 году Вейсман, не зная точного механизма, предположил, что в зародышевых тканях происходит редукция числа хромосом. Это предвидение подтвердилось, когда у организмов, размножающихся половым путем, было обнаружено редукционное деление или мейоз. До этого в 1883-1884 годах Ван Бенеден показал, что при оплодотворении оба родителя привносят в зиготу одинаковое количество хромосом.

Синтез ДНК происходит в премейотической интерфазе. Ясного периода G₂ перед мейозом нет.

ПРОФАЗУ мейоза подразделяют обычно на 5 самостоятельных подстадий.

ЛЕПТОТЕНА (стадия тонких нитей). Сетчатая структура интерфазного ядра переходит в состояние отдельных тонких нитей, которые представляют собой хромосомы. Хромосомы в лептотене тоньше и длиннее, чем в профазе митоза, поэтому невозможно проследить какую-либо отдельную хромосому на всем протяжении. По длине каждой хромосомы на этой стадии видны цепочки хромомер. Содержание генетической информации - 2n2хр4с.

ЗИГОТЕНА (стадия сливающихся нитей). Происходит сближение и конъюгация гомологичных хромосом. Происходит обмен участками между гомологичными хромосомами или кроссинговер. Содержание генетической информации - 2n2хр4с.

ПАХИТЕНА (стадия толстых нитей). На этой стадии конъюгация хромосом заканчивается. Если во время этой стадии не соединились какие-то участки хромосом, то они остаются в таком состоянии до конца деления. Хромосомы заметно утолщаются. Можно различить два сблизившихся гомолога. Две проконъюгировавшие хромосомы составляют бивалент.

ДИПЛОТЕНА (стадия двойных нитей). Начинается с разделения гомологичных хромосом. Видно, что каждая хромосома состоит из двух хроматид (диада), а каждый бивалент – их 4 хроматид, образуя тетраду. На этой стадии происходит перекручивание хромосом. Разделение хромосом до конца не доходит. Места, где хромосомы остаются соединенными, называются хиазмами. Хиазмы локализуются в основном вблизи концов хромосом. В диплотене хромосомы еще больше спирализуются, вследствие чего они укорачиваются. Ядрышко уменьшается в размерах.

ДИАКИНЕЗ. В эту подстадию происходит укорочение и утолщение хромосом в результате спирализации, исчезают ядрышки и ядерная оболочка. Количество бивалентов равно гаплоидному числу.

МЕТАФАЗА I. Полностью исчезает ядерная оболочка, завершается построение веретена деления. Биваленты занимают срединное положение между полюсами веретена. Центромеры каждого бивалента располагаются на равных расстояниях от плоскости метафазной пластинки.

АНАФАЗА I. Хромосомы движутся к полюсам. Число хромосом в дочерних клетках уменьшается вдвое. Отцовская и материнская хромосомы каждого бивалента могут отходить с равной вероятностью к любому полюсу. Если материнская движется к одному полюсу, то отцовская – к противоположному. Расхождение одной пары хромосом не зависит от другой, поэтому возможны различные комбинации материнских и отцовских хромосом.

ТЕЛОФАЗА I. Телофаза и интерфаза в мейозе иногда могут отсутствовать. Расхождение хромосом в этой стадии закончено и образуются два ядра. После телофазы I не всегда наступает цитокинез, иногда он осуществляется после второго мейотического деления.

ИНТЕРКИНЕЗ. Фаза между двумя делениями при мейозе. В отличие от интерфазы митоза здесь не происходит репродукции хромосом. Они уже удвоены и состоят их двух сестринских хроматид. Хромосомы не деспирализуются.

В эквационном делении профаза II не отличается от профазы митоза.

МЕТАФАЗА II – хромосомы выстраиваются центромерами в экваториальной плоскости.

АНАФАЗА II – разделяются центромеры и каждая хроматида становится хромосомой.

ТАЛОФАЗА I – завершается расхождение хромосом и наступает цитокинез.