Деление клетки. Митоз и мейоз Жизненный цикл клетки Жизненный цикл клетки – период жизни клетки от момента ее возникновения до деления или гибели. Стадии: интерфаза и митоз Продолжительность жизни клеток Митоз (от греч. «митос» – нить) – непрямое деление соматических клеток, в результате которого сначала происходит удвоение, а затем равномерное распределение наследственного материала между дочерними клетками. Биологическое значение митоза: в результате митоза образуются две клетки, каждая из которых содержит столько же хромосом, сколько их было в материнской. Дочерние клетки генетически идентичны родительской. Деление клетки Интерфаза Интерфаза – период между делениями. Продолжительность интерфазы, как правило, составляет до 90% всего клеточного цикла. Фазы: пресинтетическую (G1 - 2n2c), синтетическую (S - 2n4c) и постсинтетическую (G2 2n4c). Пресинтетический период, период роста. Как правило, это самый длинный период (от 10 ч до нескольких суток). В этот период синтезируются РНК, белки, увеличивается число рибосом и митохондрий. Синтетический период по продолжительности различен (6-12 ч). Во время его происходит самое главное событие – удвоение ДНК (репликация, редупликация). Каждая хромосома становится двуххроматидной, а число хромосом не изменяется. Постсинтетический период обеспечивает подготовку клетки к делению и также характеризуется интенсивными процессами синтеза белков, входящих в состав хромосом; синтезируются ферменты и энергетические вещества, необходимые для обеспечения процесса деления клетки. Профаза (2n4c) Хромосомы укорачиваются и утолщаются, в результате чего становится видно, что две хроматиды в хромосоме лежат почти параллельно, соединенные узким участком - центромерой. Центриоль, располагающаяся в цитоплазме клетки, делится и дочерние центриоли расходятся в противоположные стороны клетки с образованием веретена деления. К концу профазы растворяется ядерная оболочка и хромосомы свободно располагаются в цитоплазме, ядрышко исчезает чуть раньше. Метафаза (2n4c) Нити веретена протягиваются от экватора клетки к полюсам. Хромосомы выстраиваются в плоскости экватора. Каждая хромосома прикреплена к нитям веретена своей центромерой. Анафаза (4n4c) Центромеры делятся и хроматиды превращаются в две совершенно обособленные дочерние хромосомы. Дочерние хромосомы (хроматиды каждой хромосомы) расходятся к разным полюсам. Расхождение хромосом к полюсам происходит за счет сокращения нитей веретена. Телофаза (2n2c) Хромосомы вытягиваются, теряют способность к окрашиванию и возвращаются в состояние покоя Вокруг каждого дочернего ядра образуется ядерная оболочка. В это время восстанавливается ядрышко. На этом завершается деление ядра (кариокинез), затем происходит деление тела клетки (или цитокинез). Гаметогенез Гаметогенез – процесс образования половых клеток. Овогенез (от греч. «оон» – яйцо и «генезис» – происхождение, развитие) – процесс образования яйцеклеток. Сперматогенез (от греч. «сперма» – семя и «генезис» происхождение, развитие) – процесс образования сперматозоидов. Этапы гаметогенеза Период размножения (митоз) Период роста Период созревания (мейоз) Период формирования Мейоз (от греч «мейозис» – уменьшение) – способ деления половых клеток растений и животных, в ходе которого осуществляется редукция (уменьшение) числа хромосом. Биологическое значение мейоза: происходит редукция числа хромосом. Из одной диплоидной клетки образуются 4 гаплоидных. Благодаря мейозу образуются генетически разные гаметы, т.к. трижды происходит перекомбинация генетического материала: за счет кроссинговера, случайного и независимого расхождения гомологичных хромосом, а затем и хроматид. Благодаря мейозу поддерживается постоянство диплоидного набора хромосом в соматических клетках. Мейоз Во время мейоза происходит не одно, как при митозе, а два следующих друг за другом клеточных деления. Первому мейотическому делению предшествует интерфаза 1 – фаза подготовки клетки к делению. Первое мейотическое деление называют редукционным, т.к. именно в этот момент происходит уменьшение числа хромосом, образуются две клетки с гаплоидным набором хромосом, однако хромосомы остаются двухроматидными. Сразу после первого деления совершается второе – по типу обычного митоза. Это деление называется эквационным, т.к. в это время хромосомы становятся однохроматидными. Интерфаза (2n2c - 2n4c ) Аналогична интерфазе митоза Пресинтетический период, период роста. В этот период синтезируются РНК, белки, увеличивается число рибосом и митохондрий. Синтетический период. Во время его происходит удвоение ДНК (репликация, редупликация). Каждая хромосома становится двуххроматидной, а число хромосом не изменяется. Постсинтетический период обеспечивает подготовку клетки к делению и также характеризуется интенсивными процессами синтеза белков, входящих в состав хромосом; синтезируются ферменты и энергетические вещества, необходимые для обеспечения процесса деления клетки. Профаза I (2n4c) Самая продолжительная и сложная фаза мейоза. В профазе 1 деления мейоза происходит спирализация хромосом. Гомологичные хромосомы начинают притягиваться друг к другу сходными участками и конъюгируют. Образуются биваленты, которые продолжают укорачиваться и утолщаться. Важнейшее событие этого периода – кроссинговер – обмен участками гомологичных хромосом. При этом в каждой из двух гомологичных хромосом в гомологичной области разрывается одна хроматида и образовавшиеся фрагменты воссоединяются крест-накрест. В конце профазы исчезает ядерная оболочка и ядрышко. Биваленты смещаются в экваториальную плоскость. Центриоли формируют веретено деления. Кроссинговер Кроссинговер делает возможным обмен участками хроматид (внутрихромосомная рекомбинация). Значение кроссинговера: увеличивает генетическое разнообразие образующихся гамет. Метафаза 1 (2n4c). Заканчивается формирование веретена деления. Спирализация хромосом максимальная. Биваленты располагаются в плоскости экватора. Центромеры гомологичных хромосом обращены к разным полюсам клетки. Расположение бивалентов равновероятностное и случайное, т.е. каждая из материнских и отцовских хромосом может быть повернута в сторону того или иного полюса. Нити веретена деления прикрепляются к центромерам хромосом. Анафаза 1 (4n4c) Плечи гомологичных хромосом окончательно разделяются и хромосомы расходятся к различным полюсам. В результате диплоидный набор хромосом уменьшается до гаплоидного. Тем не менее, каждая хромосома состоит из двух хроматид, т.е. по-прежнему содержит удвоенное количество ДНК и, значит, хромосомный набор клетки после завершения первого мейотического деления будет 1n2c. Возникают самые разнообразные сочетания материнских и отцовских хромосом. Телофаза 1 (1n2c) У животных и некоторых растений хроматиды деспирализуются, вокруг них формируется ядерная оболочка. Затем происходит деление цитоплазмы. У многих растений клетка из анафазы 1 сразу вступает в профазу 2. Профаза 2 (1n2c) Хромосомы спирализуются, ядерная мембрана и ядрышки исчезают, центриоли формируют веретено деления. Метафаза 2 (1n2c) Формируется метафазная пластинка и веретено деления, нити которого прикрепляются к центриолям хромосом. Анафаза 2 (2n2c) Центромеры хромосом делятся, хроматиды становятся самостоятельными хромосомами и нити веретена деления растягивают их к полюсам клетки. Поскольку в метафазе 2 хроматиды располагаются в плоскости экватора случайно, то в анафазе происходит третья рекомбинация генетического материала клетки. Телофаза 2 (1n1c) Нити веретена деления исчезают, хромосомы деспирализуются, вокруг них восстанавливается ядерная оболочка, делится цитоплазма. С завершением телофазы 2 заканчивается и весь процесс мейоза. В результате к концу мейоза имеются 4 гаплоидных ядра, а в результате цитокинеза образуются 4 клетки с одинарным набором хромосом. митоз мейоз сходство имеют одинаковые фазы деления перед митозом и мейозом происходит самоудвоение хромосом, спирализация и удвоение молекул ДНК различия одно деление два сменяющих друг друга деления в метафазу по экватору выстраиваются удвоенные хромосомы по экватору выстраиваются пары гомологичных хромосом нет конъюгации хромосом гомологичные хромосомы конъюгируют между делениями происходит удвоение между первым и вторым молекул ДНК (хромосом) делением нет интерфазы и удвоения молекул ДНК (хромосом) образуются 2 дочерние клетки с диплоидным набором хромосом образуются 4 сперматозоида или 1 яйцеклетка с гаплоидным набором хромосом Используемые ресурсы Деление клетки, гаметогенез. Библиотека электронных наглядных пособий. Биология 6-9 класс. ООО «Кирилл и Мефодий», 2003. Бактерия во время деления. Биология. Анатомия и физиология человека. Мультимедийное учебное пособие нового образца. ЗАО «Просвещение – МЕДИА», 2003. Жизненный цикл клетки. Полный интерактивный курс «Открытая биология». ООО «Физикон», 2005. Фазы деления клетки (интерфаза, профаза, метафаза, анафаза, телофаза), гаметогенез, фазы мейоза, кроссинговер, результат мейоза и митоза. Учебное электронное издание «Лабораторный практикум. Биология» 6-11 класс. Республиканский мультимедиа центр, 2004. Продолжительность жизни клеток. Виртуальная школа Кирилла и Мефодия. Уроки биологии Кирилла и Мефодия. Общая биология. 10 класс. ООО «Кирилл и Мефодий», 2006.