Способы деления клеток многоклеточного организма

Деление клетки

Что такое деление клетки

Деление клетки – важнейший биологический процесс, без него невозможно существование живых организмов. Доказано, что клетки всех живых организмов сходны по строению и химическому составу. Путем деления исходной клетки увеличивается число вновь образовавшихся клеток. Клетка – это наименьшая единица строения любого живого организма. Из нее состоят ткани и органы.

Клетка растет, развивается, она способна к самостоятельному воспроизведению. Для клетки свойственно протекание таких процессов, как метаболизм, раздражение, саморегуляция.

Клетка существует с момента ее появления в результате деления и до ее окончательной гибели или последующего деления. Это время называется клеточным циклом. На длительность цикла влияет тип клетки и условия внешней среды. Промежуток между делениями клеток называют интерфазой.

Для прокариотов, или простейших организмов, характерно отсутствие ядра. Им присуще бинарное деление клеток, то есть деление клетки пополам с копированием ДНК, находящегося в цитоплазме. ДНК, или дезоксирибонуклеиновая кислота, это сложная уникальная молекула, хранящая в себе наследственную информацию об организме в виде генетического кода.

Для эукариотических организмов характерно наличие клеток с одним или несколькими ядрами. Ядро – важнейший компонент клетки, состоящий из ядерной оболочки, ядрышка, хроматина и кариоплазмы. Ядрышко синтезирует рибосомы. В нем сосредоточено наибольшее количество белка в клетке.

Особенности деления клеток

Некоторым эукариотическим клеткам свойственно деление посредством амитоза. Амитоз может проходить без образования хромосом и веретена деления, а генетический материал распределяется случайным образом. Этот способ деления присущ клеткам, которые быстро завершают свой жизненный цикл: фолликулярные клетки яичников, эпителиальные клетки кожи, клетки злокачественных новообразований, клетки коры дуба. При этом клетки могут делиться как на равные, так и на неравные части, а ядерная оболочка не распадается.

Эукариотические клетки с образованием хромосом способны делиться только двумя способами: митозом и мейозом. Хромосомами называют совокупность органоидов клеточного ядра, определяющих наследственные свойства клеток и живых организмов.

Все клетки можно разделить на 2 группы в зависимости от хромосомного набора, содержащегося в ядре:

• соматические клетки, из которых состоит тело многоклеточных организмов, они не принимают участие в половом размножении;
• половые клетки (гаметы).

Совокупность хромосом, которые содержатся в ядре, это хромосомный набор. Число хромосом в клетке одинаково для каждого вида живых организмов. Так, у клеток человека этот показатель составляет 46.

Первый способ деления — митоз

Митоз («нить») – наиболее распространенный (непрямой) способ деления клеток по сравнению с мейозом. Его также называют кариокинезом, или непрямым делением. Митоз – способ деления ядер эукариотических клеток, при котором сохраняется постоянным число хромосом.

С помощью митоза делятся соматические клетки многоклеточных животных, кроме половых клеток.

При делении этим способом материнская клетка делится на дочерние клетки, которые не отличаются от нее генетически, то есть наследственной информацией.

Процесс деления клетки с помощью митоза называют митотическим. Клеточный цикл состоит из митотического цикла и периода покоя. Митотический цикл состоит из интерфазы и митотического деления.

The study made the unexpected finding that in certain forms of replication stress, an active checkpoint actually allows cells to divide, causing worse damage than if it were missing entirely, said USC expert Susan Forsberg. (Illustration/iStock)

Интрефаза длится по времени намного дольше по сравнению с митотическим делением. Во время этой стадии происходит рост клетки, синтез белка и органических веществ, а также накопление веществ, необходимых для деления клетки. Интерфаза может длиться от нескольких минут до нескольких дней. Она состоит из 3 фаз:

• пресинтетической, или фазы начального роста;
• синтетической;
• постсинтетической, во время которой клетка готовится к митотическому делению.

В целом процесс митотического деления длится от нескольких минут до нескольких часов в зависимости от вида живого организма. Правильное протекание митоза возможно без внешнего вредного воздействия, например, излучения рентгена, попадания этилового спирта. Неблагоприятные факторы могут привести к нарушениям в процессе распределения хромосом или даже полной гибели клетки.

Фазы митоза

Хроматин перед началом деления преобразуется в хромосомы в форме нитей. Всего выделяют несколько фаз митоза в зависимости от внешнего вида и состояния хромосомы. Их называют профазой, метафазой, анафазой, телофазой.

1. Во время профазы хромосомы становятся короче и толще, они видны в световой микроскоп. В этой фазе они представляют собой связанные между собой сестринские хроматиды, принимают спиралевидную форму. Хроматиды представляют собой структурные элементы хромосомы, сформированные в ядре в результате удвоения хромосом. Бесформенный хроматин в ядре собирается в четко оформленные хромосомы. В это же время происходит разрыв ядерной оболочки и исчезновение ядрышка. Вследствие этого хромосомы свободно и хаотично располагаются в цитоплазме, а центриоли переходят к полюсам клетки. В заключение профазы сформируется веретено деления. Оно представляет собой микротрубочки.

1. В метафазе деление клеточного веретена завершается. ДНК максимально спирализованы в хромосомы. Они, в свою очередь, состоят из двух хроматид. К микротрубочкам веретена начинают крепиться двойные хромосомы, в результате чего формируется метафазная пластинка. На этой стадии несложно подсчитать хромосомы.

1. В самой короткой стадии анафазы хромосомы распадаются на отдельные хроматиды. В свою очередь, дочерние хромосомы растягиваются к полюсам клетки с помощью микротрубочек. В клетке теперь присутствует два диплоидных хромосомных набора.

1. В стадии телофазы деспирализуются хромосомы. Завершается формирование ядерной оболочки. Заканчивается процесс образования ядрышек в ядрах. Цитоплазма делится, образуя две клетки. На этой стадии рушатся нити клеточного веретена деления. Завершение телофазы совпадает с процессом цитокинеза. Он представляет собой разделение тела материнской клетки на две клетки дочерние.

Второй способ деления клетки — мейоз

Мейоз («уменьшение»), или прямое деление. Он еще носит название редукционного деления. Оно представляет собой деление ядра клетки эукариотического организма, при котором общая численность хромосом сокращается вдвое. Дочерние клетки, получившиеся при этом делении, названы гаметами. Они наследуют половину наследственной информации от родительской клетки, и численность хромосом соответственно снижается в два раза.

Необходимо понимать, в чем заключается различие диплоидной и гаплоидной клеток. Как известно, плоидность – количество одинаковых наборов хромосом, находящихся в ядрах клеток организма. В диплоидной клетке имеется основной набор хромосом – от каждой материнской клетки присутствует один набор. При слиянии клеток хромосомы не накапливаются. После деления диплоидных клеток в ядре новых клеток оказывается уже один набор хромосом. Для гаплоидной клетки характерно содержание всего одного набора хромосом. Она образуется из диплоидной путем митотического деления.

Фазы мейоза

Этот способ состоит из двух следующих друг за другом делений с короткой интерфазой между ними. Это приводит к тому, что из одной диплоидной клетки формируются четыре клетки гаплоидные. Восстановление плоидности происходит в результате оплодотворения.

Непосредственно мейоз состоит из мейоза I и мейоза II. В очень короткой интерфазе между этими стадиями деления происходит удвоение ДНК. Далее происходит образование четырех дочерних клеток. Фазы мейоза I схожи с фазами, протекающими при митозе.

1. Профаза I дольше всех остальных длится по времени, при ней хромосомы спирализуются и утолщаются. Возникает явление конъюгации хромосо. Оно заключается в соединении гемологичных хромосом друг с другом. Такие хромосомы идентичны друг другу по форме, строению и размерам. Структуры, которые образованы двумя соединенными хромосомами – это биваленты. Между хромосомами возникает процесс, названный кроссинговером, то есть обменом, в котором участвуют участки хромосом. Это приводит к возникновению обновленных генетических комбинаций. По окончании этой фазы ядерная оболочка должна разрушиться, а веретено деления – сформироваться.

1. При метафазе I биваленты находятся у клеточного экватора. Нити веретена начинают присоединяться к центромерам гомологичных хромосом.

1. В анафазе I гомологичные хромосомы разъединяются к различным клеточным полюсам. Этому способствует сокращение нитей веретена деления. Распределяются хромосомы хаотичным образом из-за самопроизвольного крепления нитей веретена. У каждого клеточного полюса происходит формирование гаплоидного набора новой клетки.

1. На стадии телофазы I хромосомы проходят процесс деспирализации. Затем появляются две дочерние клетки с двумя гаплоидными ядрами. К окончанию этой фазы количество хромосом уменьшатся вдвое.

Мейоз II, иди эквационное деление, имеет те же самые фазы:

1. Во время профазы II должно восстановиться новое веретено деления, а оболочка ядра должна разрушиться.

1. Во время метафазы II хромосомы начинают присоединяться к нитям веретена деления и продолжают выстраиваться на его экваторе.

1. При анафазе II хроматиды распределяются к полюсам клетки. На каждом полюсе появляется гаплоидный набор хромосом.

1. Во время телофазы II образуется ядерная оболочка вместе с ядрышками, разделяется цитоплазма. Снова деспирализуются хромосомы.

Отличие мейоза от митоза

1. При митозе происходит только однократное деление, а при мейозе – двукратное.
2. Митоз характерен для соматических клеток, а мейоз – для клеток половых.
3. Митоз участвует в таких процессах, как рост и развитие любого живого организма. Мейоз отвечает за образование половых клеток.
4. При делении митозом возникают две клетки диплоидные, а при делении мейозом возникают четыре клетки гаплоидные.
5. В результате деления путем митоза новые клетки будут идентичны и генетически схожи с материнскими. При мейозе благодаря случайному расхождению хромосом и кроссинговеру дочерние клетки на генетическом уровне различны.

Биологическая роль деления клетки

Деление клетки – очень важный и значимый процесс, лежащий в основе роста, развития и размножения организмов. Главной особенностью живых организмов является их способность к росту.

1. Деление клеток способно обеспечивать непрерывность жизни и передачу наследственной информации.
2. Если в системе деления клеток происходит сбой, то организм теряет свою жизнеспособность.
3. Новые клетки появляются посредством деления уже клеток существующих.
4. Из новых клеток формируются новые органы и ткани у растений, животных, человека.

Отдельно стоит отметить биологическое значение процессов митоза и мейоза.

Биологическая роль митоза:

• Одноклеточные организмы размножается бесполым способом благодаря процессу митоза, который лежит в основе бесполого размножения.
• Благодаря процессу митоза осуществляется рост и развитие многоклеточных живых организмов.
• Митоз способствует регенерации утраченных частей тела и возобновлению клеток при старении.
• В процессе митоза наследственный материал равномерно распределяется между клетками.
• Этот процесс сохраняет преемственность в ряде клеточных поколений благодаря точности передачи качественной и количественной наследственной информации дочерним клеткам.

Биологическое значение мейоза:

• Процесс кроссинговера, протекающий при делении клеток мейозом, приводит к генетическому разнообразию потомства, образованию клеток с уникальным набором генов.
• В результате мейоза зарождаются организмы с уникальным набором генов.
• При половом размножении обеспечивается передача генетической информации от организма к организму.
• Вследствие мейоза сохраняется постоянный набор хромосом и количество ДНК для каждого определенного вида.

Источник

Биология. 10 класс

Клеточный цикл и способы деления клеток

Деление клетки. Клеточный цикл. Митоз и мейоз

Образование половых клеток у животных и растений

Необходимо запомнить

В основе любого вида размножения лежит деление клеток. Продолжительность жизни многоклеточного организма превышает время жизни большинства составляющих его клеток. Все клетки многоклеточных организмов должны делиться, чтобы заменять погибающие клетки. Все новые клетки возникают путём деления из уже существующих клеток.

Митоз – основной способ деления клеток. Митоз (от греческого mitos – нить) – непрямое деление клетки. Он обеспечивает равномерную передачу наследственной информации материнской клетки двум дочерним. Именно благодаря этому виду клеточного деления образуются практически все клетки многоклеточного организма.

Митотический (клеточный) цикл состоит из подготовительной стадии интерфазы и собственно деления – митоза (фазы: профаза, метафаза, анафаза и телофаза).

Интерфаза – процесс подготовки клетки к делению, имеет 3 периода.

Пресинтетический период, период до удвоения хромосом, (G1 от англ. Gar – интервал), 2n2с (n – число хромосом, c – количество ДНК). Клетка интенсивно растёт, в ней синтезируется РНК и различные белки, увеличивается число рибосом, митохондрий.

Синтетический период, период удвоения хромосом, (S – фаза), 2n4с (n – число хромосом, c – количество ДНК). Происходит удвоение хромосом, в основе которого лежит процесс репликации ДНК, в результате каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид. Постсинтетический период, период после удвоения хромосом, (G2), 2n4с (n – число хромосом, c – количество ДНК). Клетка готовится к делению, синтезируются белки, из которых будет сформировано веретено деления, запасается энергия в виде АТФ.

Профаза (2n4с). В результате спирализации хромосомы уплотняются, укорачиваются. Формируется веретено деления, ядерная оболочка исчезает, и хромосомы свободно располагаются в цитоплазме. К центромерам присоединяются нити веретена деления.

Хромосомы начинают передвигаться к экватору клетки. Метафаза (2n4с). Хромосомы выстраиваются в плоскости экватора, образуя так называемую метафазную пластинку.

Анафаза (4n4с). Начинается с деления центромер всех хромосом, в результате чего хроматиды превращаются в две совершенно обособленные, самостоятельные дочерние хромосомы. Затем дочерние хромосомы начинают расходиться к полюсам клетки.

Телофаза (2n2с). Хромосомы концентрируются на полюсах клетки и деспирализуются. Веретено деления разрушается. Вокруг хромосом формируется оболочка ядер дочерних клеток, затем происходит деление цитоплазмы клетки.

Цитокинез -– деление цитоплазмы. Кариокинез – деление ядра.

Биологическое значение митоза

Митоз обеспечивает постоянство числа хромосом во всех клетках организма. В процессе митоза происходит распределение ДНК хромосом материнской клетки строго поровну между возникающими из неё двумя дочерними клетками.

Два последовательно сменяющих друг друга деления. Между двумя делениями – короткая интерфаза, во время которой не происходит удвоения ДНК. В результате мейоза из одной диплоидной клетки образуются четыре гаплоидные. Образуются четыре гаплоидные клетки.

Биологическое значение мейоза

Является механизмом образования гамет животных и спор высших растений. Обеспечивает постоянство кариотипа и вида при половом размножении. Обеспечивает генетическое разнообразие.

Оплодотворение – процесс слияния яйцеклетки и сперматозоида. Процесс оплодотворения состоит из нескольких этапов:

1. Проникновение сперматозоида в яйцеклетку.

2. Слияние гаплоидных ядер обеих гамет, в результате чего образуется зигота (диплоидная клетка).

3. Активация зиготы к дроблению и дальнейшему развитию.

Жизненный цикл клетки

Промежуток времени от момента возникновения клетки в результате деления до её гибели или до следующего деления представляет собой жизненный цикл клетки. В это время клетка растёт, специализируется и выполняет свои функции в составе ткани и органов.

Лабораторная работа «Изучение фаз митоза в клетках корешка лука»

Практическая работа «Сравнение процессов митоза и мейоза»

«Крошечные человечки»

Сперматозоиды были открыты в 1677 г. учеником Антони ван Левенгука Людвигом ван Хаммом. Именно он принёс учителю ёмкость со спермой, утверждая, что увидел в сперме под микроскопом маленькие движущиеся существа. А. Левенгук предположил, что в них уже сформирован зародыш. Он назвал сперматозоиды «анималькулюсами» – крошечными человечками. Для того, чтобы этим человечкам увеличиться и превратиться в ребёнка, им необходимо только питание, которое можно получить в организме женщины. Эту гипотезу опроверг Р. де Грааф, который заметил сходство между яичниками птиц и млекопитающих и на этом основании заключил, что у них образуются яйца, только очень маленькие. Позднее, исследуя яичник крольчих, де Грааф рассмотрел яйцеклетку. В честь этого учёного яйцеклетка и окружающая её ткань яичника называется граафовым пузырьком – фолликулом.

Строение сперматозоида и яйцеклетки изучали достаточно долго и не сразу поняли, как они устроены. Учёные даже разделились на два лагеря: одни считали, что в яйцеклетке спрятан мельчайший человечек, который может начать развиваться только после того, как яйцеклетка будет простимулирована сперматозоидом. Другие уверяли, что яйцеклетка – это что-то вроде инкубатора, а маленький человечек находится в сперматозоиде, который и приносит его в яйцеклетку для роста и развития. Тот факт, что сперматозоиды нужны для оплодотворения яйцеклетки, был окончательно установлен только в XIX.

Образованные в семенниках сперматозоиды, уже готовые к оплодотворению, собираются здесь же – в семенниках (яичках у млекопитающих) и могут около месяца дожидаться своего часа. А вот в организме женщины за тот период, когда она способна выносить ребёнка, созревает всего 250–300 яйцеклеток. Созревающая яйцеклетка, которая образуется в яичниках, не способна самостоятельно двигаться по маточным трубам яйцевода, её проталкивают по направлению к матке ворсинки реснитчатого эпителия, выстилающего маточные трубы изнутри. Иногда, на ранних стадиях развития, зигота разделяется на две клетки, каждая из которых даёт начало новому организму. В этом случае на свет родятся два однояйцевых близнеца одного пола родятся два однояйцевых близнеца одного пола.

Источник