Временная организация клетки

Клеточный цикл – это период жизнедеятельности клетки от момента ее появления до гибели или образования дочерних клеток.

Митотический цикл – это период жизнедеятельности клетки от момента ее образования и до разделения на дочерние клетки. Митотический цикл включает интерфазу и митоз.

1. Интерфаза – это период функционирования и подготовки клетки к делению. Она подразделяется на три периода: пресинтетический (постмитотический) – G₁ , синтетический – S и постсинтетический (премитотический) – G₂.

Содержание генетической информации в клетке обозначают следующим образом:

n - набор хромосом, хр – число хроматид в одной хромосоме и с – количество ДНК в одной хроматиде.

1.1. Образовавшаяся после митоза клетка содержит диплоидный набор хромосом; каждая хромосома имеет одну хроматиду, 2с ДНК - 2n1xp2c. Такая клетка вступает в пресинтетический период (G₁) интерфазы, продолжительность которого колеблется от нескольких часов до нескольких месяцев и даже лет. В этот период клетка выполняет свои функции, увеличивается в размерах, в ней идет синтез белков и нуклеотидов, накапливается энергия в виде АТФ.

1.2. В синтетический период (S) происходит репликация молекул ДНК и ее содержание в клетке удваивается, т.е. каждая хроматида достраивает себе подобную, и генетическая информация к концу этого периода становится: 2n2хр4с. Одновременно клетка продолжает выполнять свои функции. Продолжительность этого периода 6-8 часов.

1.3. В постсинтетический период (G₂) клетка готовится к митозу: накапливается энергия, постепенно затухают все синтетические процессы, необходимые для репродукции органоидов, меняется вязкость цитоплазмы и ядерно-цитоплазматическое отношение, клетка прекращает выполнять основные функции, накапливаются белки для построения ахроматинового веретена и удваиваются центриоли. Изменяется вязкость цитоплазмы. Содержание генетической информации не изменяется (2n2хр4с). Клетка вступает в митоз.

2. Митоз – это основной способ деления соматических клеток.

Главными причинами начала митоза являются: 1) изменение ядерно-цитоплазматического отношения (от 1/6-1/8 до 1/69-1/89); 2) «митогенетические лучи» – делящиеся клетки стимулируют к митозу расположенные рядом клетки и 3) «раневые гормоны» – поврежденные клетки выделяют особые вещества, способствующие митозу неповрежденных клеток.

Непрерывный процесс митоза подразделяют на 4 стадии:

1) профазу, 2) метафазу, 3) анафазу и 4) телофазу.

2.1. В профазу происходит увеличение объема ядра, начинается спирализация хроматиновых нитей, расхождение центриолей к полюсам клетки и формирование веретена деления. К концу профазы растворяются ядрышки и ядерная оболочка, хромосомы «выходят» в цитоплазму. К центромерам хромосом прикрепляются нити веретена деления, и хромосомы устремляются к центру клетки. Содержание генетической информации при этом не изменяется (2n2хр4с).

2.2. Метафаза - самая короткая фаза, когда хромосомы располагаются на экваторе клетки. Это стадия наибольшей спирализации хромосом, когда их удобнее всего изучать. Содержание генетической информации остается прежним.

2.3. В анафазе происходит разделение хроматид в области центромер. Нити веретена деления сокращаются, и хроматиды (дочерние хромосомы) расходятся к полюсам клетки. Содержание генетической информации становится 2n1xp2c у каждого полюса.

2.4. В телофазу формируются ядра дочерних клеток: хромосомы деспирализуются, строятся ядерные оболочки, в ядре появляются ядрышки. Митоз заканчивается цитокинезом – делением цитоплазмы материнской клетки. В конечном итоге образуются две дочерние клетки, каждая из которых имеет 2n хромосом, 1 хроматиду в хромосоме и 2с ДНК.

Основное значение митоза заключается в точном распределении генетической информации между дочерними клетками и в поддержании постоянства числа хромосом.

2.5. Митоз – не единственный способ деления клеток. Эукариотические клетки могут делиться и прямым делением - амитозом. Амитоз – прямое деление клеток и ядер, находящихся в условиях физиологической и репаративной регенерации, или опухолевых клеток. При этом не происходит образования видимых хромосом и веретена деления. Типичный амитоз начинается с образования перетяжки ядра, затем – цитоплазмы, и разделения их на две части. В последнее время установлено, что и при амитозе происходит также равномерное распределение генетического материала между дочерними клетками, хотя механизм его не вполне ясен.

2.6. Разновидностями митоза являются эндомитоз, политения и мейоз. При эндомитозе происходит удвоение хромосом без деления ядра, что приводит к образованию полиплоидных клеток. При политении наблюдается многократное удвоение хроматид, но они не расходятся, и в результате образуются политенные (многонитчатые, гигантские) хромосомы, например, в слюнных железах мухи дрозофилы.

3. Мейоз – это деление особых соматических клеток половых желез, в результате которого образуются половые клетки (гаметы). Мейотическое деление протекает в два этапа - мейоз I и мейоз II. Каждое мейотическое деление подразделяют на 4 фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу.

3.1. Наиболее сложной является профаза мейоза I. Она включает 5 стадий: лептотена, зиготена, пахитена, диплотена и диакинез. Хроматиновые нити спирализуются, утолщаются, укорачиваются и на стадии лептотены становятся различимы в микроскопе. Нитевидные гомологичные хромосомы начинают движение друг к другу центромерными участками. Содержание генетической информации составляет: 2n2хр4с.

На стадии зиготены начинается конъюгация гомоло­гичных хромосом, которые соединяются сначала в области центромер, а затем по всей длине. Содержание генетической информации не изменяется: 2n2хр4с.

На стадии пахитены гомологичные хромосомы тесно соприкасаются по всей длине, образуя биваленты (тетрады хроматид). Число бивалентов соответствует гаплоидному набору хромосом – 1n. В этот период конъюгирующие хромосомы могут обмениваться участками хроматид – происходит кроссинговер. Содержание генетического материала не изменяется, однако его можно записать по-другому – 1nбив 4хр 4с (один бивалент, состоящий из 4-х хроматид и 4 наборов ДНК).

На стадии диплотены между конъюгирующими гомологичными хромосомами в области центромер возникают силы отталкивания, в результате чего хроматиды начинают расходиться, оставаясь соединенными в участках перекрестов – хиазм. Расхождение хроматид продолжается, хиазмы смещаются к их концам. Содержание генетической информации остается прежним (1nбив4хр4с).

На стадии диакинеза завершаются спирализация и укорочение хромосом. Биваленты, соединенные только своими концами, обособляются и располагаются по периферии ядра. В конце профазы растворяются ядрышки и ядерная оболочка. Проконъюгировавшие хромосомы выходят в цитоплазму и движутся к экватору клетки. К центромерам хромосом прикрепляются нити веретена деления. Содержание генетической информации – 1nбив4хр4с.

3.2. В метафазу I в экваториальной плоскости клетки отчетливо видны биваленты, прикрепленные центромерами к нитям веретена деления. Содержание генетической информации остается прежним.

3.3. В анафазу мейоза I гомологичные хромосомы, состоящие из двух хроматид, отходят к противоположным полюсам клетки. Расхождение хромосом носит случайный характер. Содержание генетической информации становится: 1n2хр2с у каждого полюса клетки (в целом в клетке 2(1n2хр2с)).

3.4. Телофаза мейоза I не отличается от таковой митоза (но хромосомы не деспирализуются).

В результате мейоза I образуются две дочерние клетки, содержащие гаплоидный набор хромосом, но каждая хромосома имеет две хроматиды (1n2хр2с). Следовательно, в результате мейоза I происходит редукция (уменьшение вдвое) числа хромосом, откуда и название этого деления - редукционное.

После окончания мейоза I наступает короткий промежуток – интеркинез, в течение которого не происходят репликация ДНК и удвоение хроматид.

3.5. Мейоз II протекает по типу обычного митоза.

Профаза мейоза II непродолжительная, так как хромосомы после телофазы мейоза I остаются спирализованными. Изменений генетического материала не происходит (1n2хр2с). В метафазе мейоза II хромосомы располагаются в экваториальной плоскости клетки. Содержание генетического материала – 1n2хр2с. В анафазу мейоза II к полюсам отходят хроматиды (дочерние хромосомы), и содержание генетического материала становится 1n1хр1с у каждого полюса клетки. В телофазе мейоза II после цитокинеза образуются клетки с гаплоидным набором хромосом, содержащих одну хроматиду (1n1хр1с).

Таким образом, в результате двух последовательных делений мейоза из одной диплоидной клетки образуются 4 гаплоидные.

Значение мейоза: 1) редукция числа хромосом, 2) конъюгация гомологичных хромосом, 3) рекомбинация генетического материала, обусловленная кроссинговером и случайным расхождением гомологичных хромосом.

4. Гаметогенез – это процесс образования гамет (мужских и женских половых клеток). Гаметогенез характеризуется рядом важных биологических процессов.

4.1. Сперматогенез (образование сперматозоидов) протекает в семенных канальцах и несколько отличается от овогенеза (образования яйцеклеток). Наружный слой семенных канальцев представлен диплоидными сперматогониями, которые с наступлением полового созревания организма начинают интенсивно делиться митотически. Эта зона семенника называется зоной размножения. Часть сперматогоний вступает в следующую зону - роста; в них незначительно увеличивается количество цитоплазмы и они превращаются в сперматоциты I порядка. Эти клетки вступают в зону созревания (ближе к центру канальца). Здесь происходит мейоз. В результате первого деления образуются два сперматоцита II порядка, а в результате второго – 4 сперматиды. Сперматиды переходят в зону формирования, где из них образуются сперматозоиды.

4.2. Овогенез протекает в яичниках. Первичные клетки – диплоидные овогонии – проходят период размножения и роста до рождения организма. Мейоз ооцита I порядка начинается на II-IV месяце эмбриогенеза. К моменту рождения мейоз останавливается на дли­тельное время в стадии диакинеза (профаза мейоза I).

В период полового созревания в первой половине каждого лунного месяца лютеинизирующий гормон стимулирует мейоз, и он идет до метафазы мейоза II и опять останавливается. Второе мейотическое деление завершается только после оплодотворения. Оплодотворение происходит, как правило, после первого деления мейоза. В результате мейоза I из овоцитов I порядка образуются овоциты II порядка, а после мейоза II – овотиды, превращающиеся без стадии формирования в яйцеклетки. При делении овоцита I порядка образуется один овоцит II порядка, содержащий основное количество цитоплазмы и одно маленькое редукционное тельце, которое в дальнейшем может разделиться еще раз. При делении овоцита II порядка также образуется редукционное тельце и одна овотида (яйцеклетка).

Таким образом, при овогенезе из одной овогонии образуется одна яйцеклетка и 3 редукционных тельца, которые «забирают» лишнюю генетическую информацию, а при сперматогенезе - из одного сперматогония – 4 сперматозоида.

При сперматогенезе лучше выражен период размножения (сперматозоидов образуется значительно больше, чем яйцеклеток) и период формирования, а при овогенезе - период роста (размеры яйцеклеток значительно больше); при овогенезе практически отсутствует период формирования.

Дата добавления: 2015-05-09