Способы деления клетки при котором число хромосом уменьшается вдвое

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

Биология. 10 класс

Конспект урока

Биология, 10 класс

Урок 10. «Деление клетки. Клеточный цикл. Митоз и мейоз. Образование половых клеток у животных и растений.»

3. Перечень вопросов, рассматриваемых в теме;

На этом уроке мы продолжим узнавать об особенностях размножения. Узнаем какое эволюционное значение имело половое размножение. покажем механизмы митоза и мейоза. Проанализируем биологическое значение митоза, мейоза и оплодотворения и сделаем вывод о единстве живой природы

4. Глоссарий по теме (перечень терминов и понятий, введенных на данном уроке);

Клеточный цикл, митоз, мейоз, фазы клеточного деления, гаметогенез, оплодотворение.

Амитоз – это простое (прямое) деление клеток, которое встречается сравнительно редко, и при котором клетка разделяется на равные либо неравные части

Митоз (непрямое деление клетки) – это наиболее часто встречающаяся форма клеточного деления, состоящая из нескольких этапов (профаза, метафаза, анафаза, телофаза).

Мейоз (редукционное деление клетки) – это форма деления ядра, при котором число хромосом в клетке уменьшается вдвое, а также происходит трансформация генного аппарата.

Хромосомы (от хромо. и сома), органоиды клеточного ядра, совокупность которых определяет основные наследственные свойства клеток и организмов.

Редупликация — самоудвоение молекулы ДНК

Хроматида — структурный элемент хромосомы, формирующийся в интерфазе ядра клетки в результате репликации (удвоения) хромосом.

Центромера — участок хромосомы, удерживающий вместе две хроматиды.

Веретено деления — структура, возникающая в клетках эукариот в процессе деления ядра. Состоит из микротрубочек.

5. Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц);

Учебник «Биология.10-11класс», созданный под редакцией академика Д.К.Беляева и профессора Г.М.Дымшица / авт.-сост. Г.М. Дымшиц и О.В.Саблина.- М.: Просвещение, 2018г., с.50-60

1. Универсальное учебное пособие. А.Скворцов, А.Никишов, В. Рохлов. Биология, 6-11 классы
Школьный курс. М. «АСТ — Пресс», 2000 г. стр. 394-395

2. А. А. Кириленко ЕГЭ. Биология. Раздел «Генетика» стр. 10-14

6. Открытые электронные ресурсы по теме урока (при наличии);

1. Российский общеобразовательный Портал www.school.edu.ru
2. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов www.school-collection.edu.ru
3. Открытый колледж Биология http://college.ru/biology/

7. Теоретический материал для самостоятельного изучения;

Клеточный или жизненный цикл – период существования клетки от момента ее образования путем деления исходной (материнской) клетки, включая само деление, до собственного деления или смерти

Деление клеток — это естественный процесс, который обеспечивает нормальный рост, развитие и размножение организма. За счет этого увеличивается количество клеток, осуществляется рост тканей, половое размножение и передача наследственного материала. Основные типы деления клеток — это мейоз и митоз. Каждый из этих процессов имеет некоторые особенности.

Митоз — это деление клеток, в конечном итоге которого из материнской клетки образуется две дочерние с идентичным количеством и порядком хромосом. Подобные процессы постоянно происходит с соматическими клетками организма, обеспечивая рост, развитие, регенерацию тканей и органов. Жизненный цикл клетки можно разделить на интерфазу и митоз. Интерфаза — это так называемая стадия спокойствия, во время которой идет активный синтез и накопление необходимых для деления клеток веществ. Ближе к началу митоза происходит удваивание количества хромосом.

Митоз же принято разделять на четыре основных стадии. Профаза. В это период можно заметить начало конденсации хромосом. Две идентичные хромосомы соединяются между собой одной центромерой. В начале профазы происходит деление центриоли. Теперь две дочерние центриоли начинают медленно расходиться к двум противоположным сторонам клетки. При этом они остаются связанными тонкими белковыми нитями — так формируется веретено деления. К концу этой стадии хромосомы сильно укорачиваются и становятся толще и двигаются к экватору клетки. Метафаза — очень коротка стадия, которая начинается с выстраивания хромосом по экватору клетки. Примерно в то же время одновременно во всех хромосомах происходит деление центромеры. Анафаза — нить веретена деления крепится в центромере хромосомы. В это период дочерние хромосомы медленно двигаются к противоположным полюсам. Считается, что нити веретена деления не только направляют хромосомы, но и благодаря наличию АТФ сокращаются, ускоряя их расхождение. Телофаза — начинается в тот момент, когда хромосомы уже разошлись к полюсам. Они раскручиваются и становятся менее заметными — возвращаются в состояние покоя. Вокруг скопления хроматина происходит синтез новой ядерной оболочки. Параллельно с этим происходит цитокинез — цитоплазма и органеллы равномерно разделяются между дочерними клетками.

Мейоз — это способ деления клеток, во время которого образуется четыре гаметы с одинарным набором хромосом. Такие процессы происходят во время образования половых клеток — сперматозоидов, яйцеклеток (у растения таким образом происходит образование спор). Подобные процессы обеспечивают обмен генетическим материалом и комбинаторную изменчивость. При слиянии двух гамет, каждая из которых содержит лишь половину генетического материала, количество хромосом восстанавливается, но их последовательность изменяется. Процесс образования гамет состоит из двух коротких мейотических делений, в каждом из которых можно выделить все вышеописанные стадии. Но между двумя делениями нет выраженной интерфазы, и синтез ДНК не происходит. Следовательно, во вторую профазу вступает две клетки с одинарным набором хромосом (у человека это 46). Результат второго деления — это 4 гаметы, которые имеют по 23 хромосомы. Амитоз

Амитоз — это нехарактерное деление клеток, которое наблюдается довольно редко. При этом клетка сохраняет все физиологические функции. Во время этого процесса не происходит удваивание генетического материала и деления клетки. Делится только ядро, но без образования веретена деления. В результате такого процесса хромосомы расходятся в случайном порядке — образуется многоядерная клетка. Стоит отметить, что амитоз, как правило, встречается или в стареющих и умирающих клетках, или же в патологически измененных структурах (опухолевые клетки).

Биологическое значение мейоза

1. Половое размножение.

У организмов, размножающихся половым путем, в результате мейоза образуются 4 клетки с половинным набором хромосом. При оплодотворении гаметы сливаются, образуется зигота, и диплоидный набор восстанавливается.

2. Генетическая изменчивость.

Мейоз создает возможности для возникновения в гаметах новых генных комбинаций, обеспечивая комбинативную изменчивость.

Гаметогенез – развитие половых клеток, образование гамет.

Развитие сперматозоидов — сперматогенез яйцеклетки → овогенез или оогенез.

В обоих случаях процесс включает 3 фазы:

Фаза размножения включает многократные митотические деления, приводящие к образованию сперматогоний или оогоний.

Каждая из них проходит фазу роста, в результате – сперматоцит I порядка или ооцит I порядка включает многократные митотические деления, приводящие к образованию сперматогоний или оогоний.

Каждая из них проходит фазу роста, в результате – сперматоцит I порядка или ооцит I порядка

В фазе созревания происходит мейоз I и мейоз II с последующей дифференцировкой гаплоидных клеток и формированием зрелых гамет.

суть двойного оплодотворения (С.Г. Навашин, 1898 г.)

При оплодотворении пыльцевое зерно, попав на рыльце пестика, прорастает по направлению к семязачаткам за счет вегетативной клетки, образующей пыльцевую трубку. На конце пыльцевой трубки генеративная клетка образует 2 спермия. Проникая в зародышевый мешок через микропиле (пыльцевход), один спермий (n) оплодотворяет яйцеклетку (n), а второй (n) – центральную клетку (2n).

В результате оплодотворенная яйцеклетка – зигота (2n) – дает начало зародышу семени, оплодотворенная центральная клетка (3n) образует эндосперм, семязачаток образует семя, покровы семязачатка (интегументы) – семенную кожуру, завязь – плод.

8. примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля (не менее 2 заданий).

Клеточным циклом называется:

Тип вариантов ответов: Текстовые, Графические, Комбинированные.

1. период жизни клетки в течение интерфазы;
2. период от профазы до телофазы;
3. период от деления до деления;
4. период от появления клетки до ее смерти.

Правильный вариант/варианты (или правильные комбинации вариантов):

4.период от появления клетки до ее смерти

Вставьте слова в предложение:

Мейозом называется ..1.. клеток, при котором происходит ..2.. числа хромосом. При этом из ..3.. клетки образуются ..4.

Мейоз состоит из ..5.. последовательных делений, причем удвоение ДНК предшествует только ..6..делению. В мейоз вступают хромосомы, состоящие из двух сестринских ..7..Обмен идентичными участками гомологичных хромосом называется ..8..и происходит в..9..деления мейоза

Кроссинговером, профазе первого, редукционным, редукция,, двух, первому, одной диплоидной, деление половых, хроматид, четыре гаплоидные, двух.

Тип вариантов ответов: (Текстовые, Графические, Комбинированные).

Правильный вариант/варианты (или правильные комбинации вариантов):

1.деление половых 2.редукция 3. одной диплоидной 4.четыре гаплоидные 5.двух 6.первому 7. хроматид 8 кроссинговером 9.профазе первого

Мейозом называется деление половых клеток, при котором происходит редукция числа хромосом. При этом из одной диплоидной клетки образуются четыре гаплоидные

Мейоз состоит из двух последовательных делений, причем удвоение ДНК предшествует только первому делению. В мейоз вступают хромосомы, состоящие из двух сестринских хроматид.

Обмен идентичными участками гомологичных хромосом называется кроссинговером и происходит в профазе первого деления мейоза.

Источник