Митоз и мейоз
Жизненный цикл клетки (клеточный цикл)
С момента появления клетки и до ее смерти в результате апоптоза (программируемой клеточной гибели) непрерывно продолжается жизненный цикл клетки.
Здесь и в дальнейшем мы будем пользоваться генетической формулой клетки, где «n» — число хромосом, а «c» — число ДНК (хроматид). Напомню, что в состав каждой хромосомы может входить как одна молекула ДНК (одна хроматида) (nc), либо две (n2c).
Клеточный цикл включает в себя несколько этапов: деление (митоз), постмитотический (пресинтетический), синтетический, постсинтетический (премитотический) период. Три последних периода составляют интерфазу — подготовку к делению клетки.
Разберем периоды интерфазы более подробно:
- Пресинтетический (постмитотический) период G1 — 2n2c
Интенсивно образуются рибосомы, синтезируется АТФ и все виды РНК, ферменты, клетка растет.
Синтетический период S — 2n4c
Длится 6-10 часов. Важнейшее событие этого периода — удвоение ДНК, вследствие которого к концу синтетического периода каждая хромосома состоит из двух хроматид. Активно синтезируются структурные белки ДНК — гистоны.
Постсинтетический (премитотический) период G2 — 2n4c
Короткий, длится 2-6 часов. Это время клетка тратит на подготовку к последующему процессу — делению клетки, синтезируются белки и АТФ, удваиваются центриоли, делятся митохондрии и хлоропласты.
Митоз (греч. μίτος — нить)
Митоз является непрямым способом деления клетки, наиболее распространенным среди эукариотических организмов. По продолжительности занимает около 1 часа. К митозу клетка готовится в период интерфазы путем синтеза белков, АТФ и удвоения молекулы ДНК в синтетическом периоде.
Митоз состоит из 4 фаз, которые мы далее детально рассмотрим: профаза, метафаза, анафаза, телофаза. Напомню, что клетка вступает в митоз с уже удвоенным (в синтетическом периоде) количеством ДНК. Мы рассмотрим митоз на примере клетки с набором хромосом и ДНК 2n4c.
- Бесформенный хроматин в ядре начинает собираться в четкие оформленные структуры — хромосомы — происходит это за счет спирализации ДНК (вспомните мой пример ассоциации хромосомы с мотком ниток)
- Оболочка ядра распадается, хромосомы оказываются в цитоплазме клетки
- Центриоли перемещаются к полюсам клетки, образуются центры веретена деления
ДНК максимально спирализована в хромосомы, которые располагаются на экваторе клетки. Каждая хромосома состоит из двух хроматид, соединенных центромерой (кинетохором). Нити веретена деления прикрепляются к центромерам хромосом (если точнее, прикрепляются к кинетохору центромеры).
Самая короткая фаза митоза. Хромосомы, состоящие из двух хроматид, распадаются на отдельные хроматиды. Нити веретена деления тянут хроматиды (синоним — дочерние хромосомы) к полюсам клетки.
В этой фазе хроматиды (дочерние хромосомы) достигают полюсов клетки.
- Начинается процесс деспирализации ДНК, хромосомы исчезают и становятся хроматином (вспомните ассоциацию про раскрученный моток ниток)
- Появляется ядерная оболочка, формируется ядро
- Разрушаются нити веретена деления
В телофазе происходит деление цитоплазмы — цитокинез (цитотомия), в результате которого образуются две дочерние клетки с набором 2n2c. В клетках животных цитокинез осуществляется стягиванием цитоплазмы, в клетках растений — формированием плотной клеточной стенки (которая растет изнутри кнаружи).
Образовавшиеся в телофазе дочерние клетки 2n2c вступают в постмитотический период. Затем в синтетический период, где происходит удвоение ДНК, после чего каждая хромосома состоит из двух хроматид — 2n4c. Клетка с набором 2n4c и попадает в профазу митоза. Так замыкается клеточный цикл.
Биологическое значение митоза очень существенно:
- В результате митоза образуются дочерние клетки — генетические копии (клоны) материнской.
- Митоз является универсальным способом бесполого размножения, регенерации и протекает одинаково у всех эукариот (ядерных организмов).
- Универсальность митоза служит очередным доказательством единства всего органического мира.
Попробуйте самостоятельно вспомнить фазы митоза и описать события, которые в них происходят. Особенное внимание уделите состоянию хромосом, подчеркните сколько в них содержится молекул ДНК (хроматид).
Мейоз
Мейоз (от греч. μείωσις — уменьшение), или редукционное деление клетки — способ деления клетки, при котором наследственный материал в них (число хромосом) уменьшается вдвое. Мейоз происходит в ходе образования половых клеток (гамет) у животных и спор у растений.
В результате мейоза из диплоидных клеток (2n) получаются гаплоидные (n). Мейоз состоит из двух последовательных делений, между которыми практически отсутствует пауза. Удвоение ДНК перед мейозом происходит в синтетическом периоде интерфазы (как и при митозе).
Как уже было сказано, мейоз состоит из двух делений: мейоза I (редукционного) и мейоза II (эквационного). Первое деление называют редукционным (лат. reductio — уменьшение), так как к его окончанию число хромосом уменьшается вдвое. Второе деление — эквационное (лат. aequatio — уравнивание) очень похоже на митоз.
Приступим к изучению первого деления мейоза. За основу возьмем клетку с двумя хромосомами и удвоенным (в синтетическом периоде интерфазы) количеством ДНК — 2n4c.
- Профаза мейоза I
Помимо типичных для профазы процессов (спирализация ДНК в хромосомы, разрушение ядерной оболочки, движение центриолей к полюсам клетки) в профазе мейоза I происходят два важнейших процесса: конъюгация и кроссинговер.
Конъюгация (лат. conjugatio — соединение) — сближение гомологичных хромосом друг с другом. Гомологичными хромосомами называются такие, которые соответствуют друг другу по размерам, форме и строению. В результате конъюгации образуются комплексы, состоящие из двух хромосом — биваленты (лат. bi — двойной и valens — сильный).
После конъюгации становится возможен следующий процесс — кроссинговер (от англ. crossing over — пересечение), в ходе которого происходит обмен участками между гомологичными хромосомами.
Кроссинговер является важнейшим процессом, в ходе которого возникают рекомбинации генов, что создает уникальный материал для эволюции, последующего естественного отбора. Кроссинговер приводит к генетическому разнообразию потомства.
Биваленты (комплексы из двух хромосом) выстраиваются по экватору клетки. Формируется веретено деления, нити которого крепятся к центромере (кинетохору) каждой хромосомы, составляющей бивалент.
Нити веретена деления сокращаются, вследствие чего биваленты распадаются на отдельные хромосомы, которые и притягиваются к полюсам клетки. В результате у каждого полюса формируется гаплоидный набор будущей клетки — n2c, за счет чего мейоз I и называется редукционным делением.
Происходит цитокинез — деление цитоплазмы. Формируются две клетки с гаплоидным набором хромосом. Очень короткая интерфаза после мейоза I сменяется новым делением — мейозом II.
Мейоз II весьма напоминает митоз по всем фазам, поэтому если вы что-то подзабыли: поищите в теме про митоз. Главное отличие мейоза II от мейоза I в том, что в анафазе мейоза II к полюсам клетки расходятся не хромосомы, а хроматиды (дочерние хромосомы).
В результате мейоза I и мейоза II мы получили из диплоидной клетки 2n4c гаплоидную клетку — nc. В этом и состоит сущность мейоза — образование гаплоидных (половых) клеток. Вспомнить набор хромосом и ДНК в различных фазах мейоза нам еще предстоит, когда будем изучать гаметогенез, в результате которого образуются сперматозоиды и яйцеклетки — половые клетки (гаметы).
Сейчас мы возьмем клетку, в которой 4 хромосомы. Попытайтесь самостоятельно описать фазы и этапы, через которые она пройдет в ходе мейоза. Проговорите и осмыслите набор хромосом в каждой фазе.
Помните, что до мейоза происходит удвоение ДНК в синтетическом периоде. Из-за этого уже в начале мейоза вы видите их увеличенное число — 2n4c (4 хромосомы, 8 молекул ДНК). Я понимаю, что хочется написать 4n8c, однако это неправильная запись!) Ведь наша исходная клетка диплоидна (2n), а не тетраплоидна (4n) 😉
Итак, самое время обсудить биологическое значение мейоза:
- Поддерживает постоянное число хромосом во всех поколениях, предотвращает удвоение числа хромосом
- Благодаря кроссинговеру возникают новые комбинации генов, обеспечивается генетическое разнообразие состава гамет
- Потомство с новыми признаками — материал для эволюции, который проходит естественный отбор
Бинарное деление надвое
Митоз и мейоз возможен только у эукариот, а как же быть прокариотам — бактериям? Они изобрели несколько другой способ и делятся бинарным делением надвое. Оно встречается не только у бактерий, но и у ряда ядерных организмов: амебы, инфузории, эвглены зеленой.
При благоприятных условиях бактерии делятся каждые 20 минут. В случае, если условия не столь благоприятны, то больше времени уходит на рост и развитие, накопление питательных веществ. Интервалы между делениями становятся длиннее.
Амитоз (от греч. ἀ — частица отрицания и μίτος — нить)
Способ прямого деления клетки, при котором не происходит образования веретена деления и равномерного распределения хромосом. Клетки делятся напрямую путем перетяжки, наследственный материал распределяется «как кому повезет» — случайным образом.
Амитоз встречается в раковых (опухолевых) клетках, воспалительно измененных, в старых клетках.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Источник
Деление клеток – определение, стадии и типы
Определение клеточного деления
клетка Деление – это процесс, через который проходят клетки. Есть несколько типов деления клеток, в зависимости от того, какой тип организм делится. Со временем организмы эволюционировали, чтобы иметь различные и более сложные формы деления клеток. Большинство прокариот, или бактерии использовать двойное деление разделить клетку. Эукариоты всех размеров используют митоз делить. Сексуально размножающиеся эукариоты используют особую форму деления клеток, которая называется мейоз уменьшить генетическое содержание в клетке. Это необходимо в половое размножение потому что каждый родитель должен дать только половину необходимого генетического материала, иначе у потомства будет слишком много ДНК, что может быть проблемой. Эти различные типы деления клеток обсуждаются ниже.
Типы клеточного деления
Прокариотическое деление клеток
Прокариоты реплицируются через тип деления клеток, известный как бинарное деление. Прокариоты – это простой организм, имеющий только одну мембрану и без деления внутри. Таким образом, когда прокариот делит, он просто копирует ДНК и делится пополам. Процесс немного более сложен, чем этот, так как сначала ДНК нужно разматывать специальными белками. Хотя ДНК в прокариотах обычно существует в кольце, она может запутаться, когда используется клеткой. Чтобы копировать ДНК эффективно, ее нужно растянуть. Это также позволяет двум новым кольцам ДНК, созданным, быть отделенными после того, как они произведены. Две нити ДНК разделяются на две разные стороны прокариотической клетки. Затем клетка становится длиннее и делится посередине. Процесс можно увидеть на изображении ниже.
ДНК – это запутанная линия. Другие компоненты помечены. Плазмиды представляют собой небольшие кольца ДНК, которые также копируются во время деления в двоичном виде и могут быть собраны в окружающей среде из мертвых клеток, которые распадаются на части. Эти плазмиды могут быть затем реплицированы. Если плазмида выгодно, оно будет увеличиваться в Население, Отчасти это происходит из-за устойчивости к антибиотикам у бактерий. Рибосомы представляют собой небольшие белковые структуры, которые помогают продуцировать белки. Они также реплицируются, поэтому каждая клетка может иметь достаточно для функционирования.
Эукариотическое деление клеток: Митоз
Эукариотические организмы имеют мембраносвязанные органеллы и ДНК, которые существуют на хромосомах, что затрудняет деление клеток. Эукариоты должны реплицировать свою ДНК, органеллы и клеточные механизмы перед делением. Многие из органелл делятся, используя процесс, который по сути является бинарным делением, заставляя ученого полагать, что эукариоты образовались прокариотами, живущими внутри других прокариот.
После того, как ДНК и органеллы реплицируются во время интерфаза из клеточный цикл, эукариоты можно начать процесс митоза. Процесс начинается во время профаза, когда хромосомы конденсируются. Если митоз протекает без конденсации хромосом, ДНК запутывается и разрушается. Эукариотическая ДНК связана со многими белками, которые могут складывать ее в сложные структуры. Как митоз продолжается метафазы хромосомы выстроены в середине клетки. Каждая половина хромосома, известный как сестринские хроматиды поскольку они являются реплицированными копиями друг друга, они разделяются на каждую половину клетки в процессе митоза. В конце митоза другой процесс называется цитокинез делит клетку на две новые дочерние клетки.
Все эукариотические организмы используют митоз для деления своих клеток. Однако только одноклеточные организмы используют митоз как форму размножения. Наиболее многоклеточный организмы размножаются половым путем и объединяют свою ДНК с ДНК другого организма для размножения. В этих случаях организмам нужен другой метод деления клеток. Митоз дает идентичные клетки, но мейоз производит клетки с половиной генетической информации обычной клетки, позволяя двум клеткам из разных организмов одного и того же вид комбинировать.
Эукариотическое деление клеток: мейоз
У животных, размножающихся половым путем, обычно необходимо уменьшить генетическую информацию до того, как оплодотворение, Некоторые растения могут существовать со слишком большим количеством копий генетический код, но у большинства организмов очень вредно иметь слишком много копий. Люди, у которых есть хотя бы одна дополнительная копия одной хромосомы, могут испытывать пагубные изменения в своем теле. Чтобы противостоять этому, размножающиеся половым путем организмы подвергаются клеточному типу, известному как мейоз. Как и до митоза, ДНК и органеллы реплицируются. Процесс мейоза содержит два разных деления клеток, которые происходят спина к спине. Первый мейоз, мейоз I, отделяется гомологичные хромосомы, гомологичны хромосомы, присутствующие в клетке, представляют собой два аллеля каждого ген организм имеет. Эти аллели рекомбинированы и разделены, поэтому в результате дочерние клетки имеют только один аллель для каждого гена и нет гомологичных пар хромосом. Второе деление, мейоз II, разделило две копии ДНК, как при митозе. Конечный результат мейоза в одной клетке составляет 4 клетки, каждая из которых содержит только одну копию генома, что составляет половину нормального числа.
Организмы обычно упаковывают эти клетки в гаметы, которые могут перемещаться в окружающую среду, чтобы найти другие гаметы. Когда встречаются две гаметы правильного типа, одна оплодотворяет другую и производит зигота, Зигота – это отдельная клетка, которая подвергнется митозу, чтобы произвести миллионы клеток, необходимых для большого организма. Таким образом, большинство эукариот используют как митоз, так и мейоз, но на разных этапах своего жизненного цикла.
Этапы клеточного деления
В зависимости от того, какой тип клеточного деления использует организм, стадии могут немного отличаться.
Стадии митоза
Митоз начинается с профазы, в которой хромосома конденсируется. Клетка переходит в метафазу, где хромосомы располагаются на метафазной пластинке. Затем хромосомы разделяются в анафаза и клетки цитоплазма зажат во время телофаза, Цитокинез является окончательным процессом, который разрушает клеточная мембрана и делит клетку на две части.
Стадии мейоза
Стадии мейоза похожи на митоз, но хромосомы действуют по-разному. Мейоз имеет две фазы, которые включают два отдельных клеточных деления без репликации ДНК между ними. Мейоз I и мейоз II имеют те же 4 стадии, что и митоз: профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Цитокинез завершает оба раунда мейоза.
В первая фаза хромосомы конденсированы. В метафазе I хромосомы располагаются напротив их гомологичных пар. Когда они разделены в Анафаза I и телофаза I, есть только одна форма каждого гена в каждой клетке, известная как редукционное деление. Мейоз II протекает так же, как и митоз, сестринские хроматиды которого делятся на метафазной пластинке. По телофазе II существует 4 клетки, каждая из которых имеет половину аллелей в качестве родительской клетки и только одну копию генома. Теперь клетки могут стать гаметами и сливаться вместе, создавая новые организмы.
викторина
1. Соматические клетки клетки, которые заполняют тело, и должны размножаться, чтобы восстановить повреждение. Гаметические клетки – это клетки, которые производят гамет. Какому типу деления клеток подвергается каждый тип клеток?A. Соматический = митоз; Гаметик = мейозB. Соматический = митоз; Гаметик = мейоз и митозC. Соматический = митоз и мейоз; Гаметик = мейоз и митоз
Ответ на вопрос № 1
В верно. Соматические клетки только когда-либо подвергаются митозу. Они размножаются только при исцелении травмы или развитии более ткань пока организм растет. Гаметические клетки также должны выполнять эти основные задачи. Поэтому они подвергаются митозу. Они также могут подвергаться мейозу, чтобы произвести гаметы. Организмы обычно производят от тысячи до миллионов гамет, что требует большого количества диплоид клетки для начала. Как только клетка становится гаплоидный гамета нужна еще одна диплоидная ячейка, чтобы создать больше гамет.
2. Митохондрии органеллы в клетках, которые создают АТФ, молекула используется для энергии. Митохондрии должны реплицироваться внутри клетки, отдельно от митоза или мейоза, чтобы регулировать количество доставляемой энергии. В митохондриях есть кольцо ДНК, которое контролирует метаболизм митохондрий. Эта мтДНК реплицируется, митохондрии удлиняются и делятся пополам. Что это за тип деления клеток?A. Бинарное делениеB. МитозC. Мейоз
Ответ на вопрос № 2
верно. Митохондрии должны многократно размножаться внутри клетки, чтобы обеспечить ее достаточным количеством энергии. Показанная простая форма деления – бинарное деление. Никакие хромосомы не отсортированы или уменьшены. органеллы просто увеличивается и разделяется пополам, а ДНК, которая контролирует его, также дублируется.
3. Эволюция зависит от успешной репликации ДНК. Фактически, вся ДНК на Земле происходит только из одной или двух исходных клеток, и большинство организмов связаны друг с другом. Что отвечает за разные формы жизни?A. перегласовка B. Генетическая рекомбинация C. Обе
Ответ на вопрос № 3
С верно. Большая часть разнообразия на Земле вызвана как мутациями, так и генетической рекомбинацией. Организмы, которые подвергаются мейозу, могут подвергаться событиям, известным как рекомбинация, при которой части хромосом меняются местами. Даже в бесполых организмах мутации и спонтанная рекомбинация ДНК иногда приводят к очень успешным организмам.
Источник
