Жизненный цикл клетки
Интервал от одного деления клетки до другого называется клеточным циклом. Продолжительность клеточного цикла зависит от типа клетки и внешних факторов (температура, питательные вещества). Так, например, бактерии делятся каждые 20 мин, клетки эпителия – каждые 8-10 часов, а многие клетки нервной системы вообще не делятся.
Клеточный цикл состоит из трех главных стадий: интерфазы, митоза и деления клетки (цитокинеза).
Интерфаза – наиболее длительный период клеточного цикла – период синтеза и роста. В клетке синтезируются вещества, необходимые для ее роста и функционирования: РНК, белки.
Непосредственно перед делением клетки, происходит удвоение (репликация) ДНК, а затем деление хлоропластов и митохондрий. На этой стадии клетка содержит 4 копии каждой молекулы ДНК. Во время интерфазы хромосомный материал находится в состоянии рыхлой массы закрученных нитей, называемой хроматином.
Митоз – это деление клеточного ядра, при котором образуются два дочерних ядра, содержащие наборы хромосом, идентичные наборам материнской клетки. Митоз состоит из четырех фаз:
1. Профаза – самая продолжительная фаза деления. Хромосомы укорачиваются и утолщаются в результате спирализации и более плотной упаковки. Каждая хромосома состоит из двух хроматид, соединяющихся центромерой. Центриоли (специальные структуры, состоящие из микротрубочек и участвующие в делении) расходятся к противоположным полюсам клетки. От центриолей отходят микротрубочки, образуя звезду. Ядрышки исчезают. Ядерная оболочка распадается, образуется веретено;
2. Метафаза. Хромосомы выстраиваются в экваториальной плоскости клетки (формируют метафазную пластинку). Хромосомы прикреплены к нитям веретена своими центромерами. Митотическое веретено уже полностью сформировано и состоит из нитей, соединяющих полюса с центромерами хромосом;
3. Анафаза. Центромеры расщепляются надвое и нити веретена растягивают дочерние центромеры к противоположным полюсам. Центромеры тянут за собой разделившиеся хроматиды;
4. Телофаза. Хроматиды достигают полюсов клетки, раскручиваются, вытягиваются и вновь превращаются в хроматин. Нити веретена разрушаются, а вокруг хромосом на каждом полюсе вновь формируется ядерная оболочка и появляются ядрышки.
Цитокинез – это деление цитоплазмы и органоидов, следующее за телофазой. При подготовке к делению органеллы и хромосомы равномерно распределяются по двум полюсам телофазной клетки. Мембрана животных клеток впячивается внутрь, в том месте, где был экватор веретена деления, образуя перетяжку. Затем выросты мембраны смыкаются, отделяя друг от друга дочерние клетки. У растений на месте экватора выстраиваются пузырьки аппарата Гольджи и микротрубочки, образуя фрагмопласт. При слиянии содержимого пузырьков фрагмопласт превращается в срединную пластинку, общую для обеих клеток.
Значение митоза
1. Равномерное распределение генетического материала между двумя дочерними клетками, благодаря чему новые клетки идентичны родительским. Это обеспечивает генетическую стабильность;
2. Обеспечение роста. В результате митозов число клеток возрастает, что лежит в основе роста многоклеточных организмов;
3. Замещение клеток и тканей. Например, обновление эпителиальных клеток и форменных элементов крови;
4. Регенерация утраченных частей тела некоторыми животными (ракообразные, кишечнополостные);
5. Бесполое размножение – появление новых организмов из одной родительской особи.
Формы размножения организмов
Размножение – это способность живых существ воспроизводить себе подобных. Известны две основные формы размножения организмов: бесполое и половое.
Половым размножением называется развитие организмов на основе слияния специализированных (половых) клеток и образования зиготы. В результате такого слияния геномы родителей смешиваются, поэтому потомки получают уникальное сочетание генов. Генетическое разнообразие особей составляющих вид, обеспечивает возможность отбора наиболее приспособленных к данным условиям особей.
В процессе бесполого размножения участвует только одна особь. Новая особь появляется из неспециализированных клеток тела (соматических) и является точной копией материнского организма. Единственным источником генетической изменчивости при бесполом размножении являются случайные мутации.
Бесполое размножение
Существует несколько основных типов бесполого размножения:
1. Деление. Это самая простая форма размножения, свойственная одноклеточным. Материнская клетка делится путем митоза на две или несколько дочерних клеток;
2. Спорообразование: встречается у растений, грибов, некоторых простейших, бактерий. Спора – это клетка, покрытая плотной оболочкой, защищающей клетку от неблагоприятных внешних воздействий. В благоприятных условиях спора дает начало одной новой особи;
3. Почкование: заключается в том, что на материнской клетке образуется небольшой бугорок, содержащий ядро. Почка растет, достигает размеров материнского организма, а затем отпочковывается. Таким способом размножаются представители типа кишечнополостных (гидра), микроорганизмы (дрожжи);
4. Вегетативное размножение широко распространено у растений – это размножение вегетативными частями тела: черенками, усами, клубнями, листьями и т.д.
Половое размножение
Половое размножение складывается из четырех основных процессов:
1. Образование половых клеток – гамет (гаметогенез);
2. Слияние гамет и их ядер (оплодотворение);
3. Формирование и развитие зародыша (эмбриогенез);
4. Дальнейший рост и развитие организма в послезародышевый (постэмбриональный период).
Половые клетки - гаметы характеризуются вдвое меньшим набором хромосом по сравнению с соматическими клетками. Гаметы высших животных и человека возникают и формируются в половых железах, у более примитивно организованных (губки, кишечнополостные) гаметы возникают из различных соматических клеток. При образовании гамет происходит уменьшение (редукция) числа хромосом исходной диплоидной клетки в процессе мейоза.
Мейоз - это тип клеточного деления, сопровождающийся редукцией числа хромосом, в результате чего образуются гаплоидные клетки из первоначально диплоидных. Мейоз лежит в основе образования сперматозоидов и яйцеклеток, образования спор у растений.
В ходе мейоза происходит два ядерных и два клеточных деления, таким образом из одной диплоидной клетки образуется четыре гаплоидных. Как и митоз, каждое из двух митотических делений подразделяется на четыре фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу.
Первому мейотическому делению, как и при мейозе, предшествует удвоение хромосом. По окончании первого мейотического деления число хромосом уменьшается в два раза, поэтому его называют редукционным. В результате такого деления образуются клетки, содержащие гаплоидное число хромосом и двойное количество ДНК. Кроссинговер. Перед вторым мейотическим делением репликация ДНК не происходит и каждая из двух образовавшихся клеток подвергается второму делению.
Значение мейоза:
1. Мейоз происходит у всех организмов, размножающихся половым путем;
2. Мейоз создает возможность для возникновения новых комбинаций генов, что ведет к генетическим изменениям в потомстве.