Деление клетки — процесс образования из родительской клетки двух и более дочерних клеток.
Деление прокариотических клеток
Прокариотические клетки делятся надвое. Сначала клетка удлиняется. В ней образуется поперечная перегородка. Затем дочерние клетки расходятся.
Деление эукариотических клеток
Существует два способа деления ядра эукариотических клеток: митоз и мейоз
Амитоз
Амитоз, или прямое деление, — это деление интерфазного ядра путем перетяжки без образования веретена деления (хромосомы в световом микроскопе вообще неразличимы). Такое деление встречается у одноклеточных организмов (например, амитозом делятся полиплоидные большие ядра инфузорий), а также в некоторых высокоспециализированных клетках растений и животных с ослабленной физиологической активностью, дегенерирующих, обреченных на гибель, либо при различных патологических процессах, таких как злокачественный рост, воспаление и т. п. Амитоз можно наблюдать в тканях растущего клубня картофеля, эндосперме, стенках завязи пестика и паренхиме черешков листьев. Такой тип деления характерен для клеток печени, хрящевых клеток, роговицы глаза. Очень часто при амитозе наблюдается только деление ядра, в этом случае могут возникнуть двух- и многоядерные клетки. Если же за делением ядра следует деление цитоплазмы, то распределение клеточных компонентов, как и ДНК, осуществляется произвольно. Амитоз в отличие от митоза является самым экономичным способом деления, так как энергетические затраты при этом весьма незначительны. К амитозу близко клеточное деление у прокариот. Бактериальная клетка содержит только одну, чаще всего кольцевую молекулу ДНК, прикрепленную к клеточной мембране. Перед делением клетки ДНК реплицируется, и образуются две идентичные молекулы ДНК, каждая из которых также прикреплена к клеточной мембране. При делении клетки клеточная мембрана врастает между этими двумя молекулами ДНК, так что в конечном итоге в каждой дочерней клетке, оказывается, по одной идентичной молекуле ДНК. Такой процесс получил название прямого бинарного деления.
Подготовка к делению
Эукариотические организмы, состоящие из клеток, имеющих ядра, начинают подготовку к делению на определенном этапе клеточного цикла, в интерфазе. Именно в период интерфазы в клетке происходит процесс биосинтеза белка, удваиваются все важнейшие структуры клетки. Вдоль исходной хромосомы из имеющихся в клетке химических соединений синтезируется ее точная копия, удваивается молекула ДНК. Удвоенная хромосома состоит из двух половинок- хроматид. Каждая из хроматид содержит одну молекулу ДНК. Интерфаза в клетках растений и животных в среднем продолжается 10-20 ч. Затем наступает процесс деления клетки — митоз.
Митоз
Митоз — (реже: кариокинез или непрямое деление) — деление ядра эукариотической клетки с сохранением числа хромосом. В отличие от мейоза, митотическое деление протекает без осложнений в клетках любой плоидности, поскольку не включает как необходимый этап, конъюгацию, гомологичных хромосом в профазе. Митоз (от греч. Mitos- нить) непрямое деление, — основной способ деления эукариотических клеток. Митоз — это деление ядра, которое приводит к образованию двух дочерних ядер, в каждом из которых имеется точно такой же набор хромосом, что и в родительском ядре. Вслед за делением ядра обычно следует деление самой клетки, поэтому часто термином — «митоз» обозначают деление клетки целиком. Митоз впервые наблюдали в спорах папоротников, хвощей плаунов Г. Э. Руссов, преподаватель Дерптского университета в 1872 г. и русский ученый И. Д. Чистяков в 1874 г. Детальные исследования поведения хромосом в митозе были выполнены немецким ботаником Э. Страсбургером в 1876- 1879 гг. на растениях и немецким гистологом В. Флеммингом в 1882 г. на животных. Митоз представляет собой непрерывный процесс, но для удобства изучения биологи делят его на четыре стадии в зависимости от того, как выглядят в это время хромосомы в световом микроскопе. В митозе выделяют профазу, метафазу, анафазу и телофазу. В профазе происходит укорочение и утолщение хромосом вследствие их спирализации. В это время хромосомы двойные состоят из двух сестринских хроматид, связанных между собой. Одновременно со спирализацией хромосом исчезает ядрышко и фрагментируется (распадается на отдельные цистерны) ядерная оболочка. После распада ядерной оболочки хромосомы свободно и беспорядочно лежат в цитоплазме. В профазе центриоли (в тех клетках, где они есть) расходятся к полюсам клетки. В конце профазы начинает образовываться веретено деления, которое формируется из микротрубочек путем полимеризации белковых субъединиц. В метафазе завершается образование веретена деления, которое состоит из микротрубочек двух типов: хромосомных, которые связываются с центромерами хромосом, и центросомных (полюсных), которые тянутся от полюса к полюсу клетки. Каждая двойная хромосома прикрепляется к микротрубочкам веретена деления. Хромосомы как бы выталкиваются микротрубочками в область экватора клетки, т. е. располагаются равном расстоянии от полюсов. Они лежат в одной плоскости и образуют так называемую экваториальную, или метафазную пластинку. В метафазе отчетливо видно двойное строение хромосом, соединенных только в области центромеры. В этот период легко подсчитывать число хромосом, изучать их морфологические особенности. В анафазе дочерние хромосомы с помощью микротрубочек веретена деления растягиваются к полюсам клетки. Во время движения дочерние хромосомы несколько изгибаются на подобие шпильки, концы которой повернуты в сторону экватора клетки. Таким образом, в анафазе хроматиды удвоенные в интерфазе хромосом расходятся к полюсам клетки. В этот момент в клетке находятся два диплоидных набора хромосом. В телофазе происходят процессы, обратные тем, которые наблюдаются в профазе: начинается деспирализация (раскручивание) хромосом, они набухают и становятся плохо видимыми под микроскопом. Вокруг хромосом у каждого полюса из мембранных структур цитоплазмы формируется ядерная оболочка, в ядрах возникают ядрышки. Разрушается веретено деления. На стадии телофазы происходит разделение цитоплазмы (цитотомия) с образованием двух клеток. В клетках животных плазматическая мембрана начинает впячиваться внутрь области, где располагался экватор веретена. В результате впячивания образуется непрерывная борозда, опоясывающая клетку по экватору и постепенно разделяющая одну клетку на две. В клетках растений в области экватора из остатков нитей веретена деления возникает бочковидное образование — фрагмопласт. В эту область со стороны полюсов клетки устремляются многочисленные пузырьки комплекса Гольджи, которые сливаются друг с другом. Содержимое пузырьков образует клеточную пластинку, которая делит клетку на две дочерние, а мембрана пузырьков Гольджи образует недостающие цитоплазматические мембраны этих клеток. Впоследствии на клеточную пластинку со стороны каждой из дочерних клеток откладываются элементы клеточных оболочек. В результате митоза из одной клетки возникают две дочерние с тем же набором хромосом, что и в материнской клетке. Биологическое значение митоза состоит, таким образом, в строго одинаковом распределении между дочерними клетками материальных носителей наследственности — молекул ДНК, входящих в состав хромосом. Благодаря равномерному распределению реплицированных хромосом происходит восстановление органов и тканей после повреждения. Митотическое деление клеток является также частью цитологического размножения организмов.
Читайте также: Как гладить портьерную ткань
Мейоз
Мейоз — это особый способ деления клеток, в результат которого происходит редукция (уменьшение) числа хромосом вдвое. Впервые он был описан В. Флеммингом в 1882 г. у животных и Э. Страсбургером в 1888 г. у растений. С помощью мейоза образуются гаметы. В результате редукции споры и половые клетки хромосомного набора получают в каждую гаплоидную спору и гамету по одной хромосоме из каждой пары хромосом, имеющихся в данной диплоидной клетке. В ходе дальнейшего процесса оплодотворения (слияния гамет) организм нового поколения получит опять диплоидный набор хромосом, т. е. кариотип организмов данного вида в ряду поколений остается постоянным.
Деление тела клетки
В процессе деления тела эукариотной клетки (цитокинеза) происходит разделение цитоплазмы и органелл между новыми клетками и старыми.
Жизненный цикл клетки. Митоз. Амитоз
Материалы к уроку
18. Жизненный цикл клетки. Митоз. Амитоз.doc
18. Жизненный цикл клетки. Митоз. Амитоз.ppt
Конспект урока
Жизненный цикл клетки. Митоз. Амитоз
Как известно, новые клетки образуются в результате деления материнской клетки на две дочерние, обладающие идентичным между собой и таким же, как и у материнской клетки, наследственным материалом. Такое равномерное распределение генов между дочерними клетками возможно благодаря удвоению ДНК перед началом деления исходной материнской клетки. Этот способ передачи генетической информации от родителей к потомкам имеет важное значение для целостности и сохранности биологических видов и реализуется в результате жизнедеятельности каждой клетки.
Период существования клетки от момента её образования в результате деления материнской клетки до её собственного деления или гибели, называется жизненным циклом клетки, или клеточным циклом.
В течение этого времени клетка растёт, развивается, выполняет определённые функции в организме, после чего делится, образуя новые клетки. Жизненный цикл разных клеток может продолжаться от нескольких минут до десятков лет и состоит из двух фаз: интерфазы и фазы деления.
Читайте также: Размеры сумки шопперы из ткани выкройка
Интерфаза – это период активной жизнедеятельности клетки, который условно можно разделить на три периода.
Первый, пресинтетический период, предшествует синтезу ДНК. В этот период вновь образовавшаяся клетка растёт до нормальных размеров, активно синтезирует белки и компоненты нуклеиновых кислот, запасает энергию. Продолжительность этого периода у разных клеток – от 2 часов до нескольких суток. Затем клетка начинает выполнять свойственные ей функции, что у некоторых клеток может продолжаться годами до тех пор, пока клетка не будет готова к следующему периоду – синтетическому.
Основные события синтетического периода – интенсивный синтез молекул ДНК и РНК, удвоение хромосом, каждая из которых к концу периода состоит из двух идентичных хроматид, соединённых центромерой. Процесс удвоения молекул ДНК называется репликацией, или редупликацией, и осуществляется следующим образом: водородные связи между комплементарными азотистыми основаниями под воздействием специального фермента разрываются, участок материнской молекулы ДНК раскручивается на две нити, каждая из которых выступает в роли матрицы для синтеза новых цепочек ДНК. Далее с помощью фермента ДНК-полимеразы собираются дочерние цепочки, комплементарные материнским. Репликация проходит одновременно на обеих материнских цепях, но с разной скоростью. Репликация проходит одновременно на нескольких участках молекулы ДНК, и вновь синтезированные фрагменты сшиваются между собой при помощи фермента ДНК -лигазы. В итоге из одной молекулы ДНК образуется две, каждая из которых включает материнскую и дочернюю цепочки. Синтезированные молекулы являются абсолютными копиями друг друга и материнской молекулы ДНК. Такой способ репликации ДНК обеспечивает точную передачу дочерним молекулам той генетической информации, которая была записана в материнской молекуле.
Длится синтетический период 6-10 часов.
Постсинтетический период обычно короче двух предыдущих и длится от 2 до 5 часов. За это время синтезируются белки микротрубочек, образующие веретено деления, накапливается энергия, необходимая для митотического деления.
Завершается интерфаза делением клетки или её гибелью. Для бактерий и простейших деление клетки является основным способом размножения, поэтому практически все клетки не погибают после интерфазы, а делятся на две дочерние клетки, давая, таким образом, жизнь новым организмам. Клетки многоклеточных организмов не обладают способностью к бесконечному делению. ДНК клеток содержат специальные «гены гибели», которые в определённый момент активируются, вырабатывая в клетке особые белки, приводящие к её физиологической смерти. Таким образом, в многоклеточном организме клетки большинства тканей постоянно разрушаются и заменяются новыми. Причиной прекращения функций клеток являются не только их патологии, но и необходимость естественной регенерации. Такая генетически обусловленная гибель клеток называется апоптОзом (в перводе с греческого – «опадание листьев»).
Апоптоз играет важную роль во время закладки органов и дифференцировки тканей на эмбриональном этапе развития организма, способствует формированию характерных для данного биологического вида особенностей морфофункциональной организации. Например, постэмбриональное развитие некоторых земноводных и насекомых проходит с превращением –метаморфозом. Насекомые с полным превращением имеют четыре фазы развития: яйцо, личинку, куколку и взрослое насекомое (имаго). У насекомых с неполным превращением из яиц вылупляются личинки, похожие по внешнему виду на взрослое насекомое, но отличающееся от него меньшими размерами и недоразвитыми крыльями и половой системой.
Читайте также: Где продают ткани в хабаровске
Одними из первых генетические механизмы программируемой клеточной смерти исследовали южно-африканский биолог Сидней БрЕннер, американский биолог Роберт ХОрвиц и британский биолог Джон САлстон, которые получили за эти исследования Нобелевскую премию в области медицины и физиологии 2002 года.
Если клетка не погибает после интерфазы, то она приступает к процессу деления. Существует два способа деления соматических клеток – прямое деление, или амитоз, и непрямое деление, или митоз.
Прямым делением при помощи поперечной перетяжки могут делиться клетки прокариот. У эукариот амитоз встречается довольно редко. При таком способе деления без подготовительной фазы, т.е. без предварительного удвоения хромосом начинается деление клеточного ядра, при котором наследственный материал материнской клетки распределяется между дочерними клетками неравномерно. Часто при амитозе не происходит и цитокинеза – разделения цитоплазмы, в результате чего образуется дефектная двуядерная клетка. И даже при наступлении цитокинеза образуются две неполноценные клетки. Такой способ прямого деления, амитоз, характерен для старых отмирающих тканей, а также для раковых клеток.
Подавляющему большинству соматических клеток присуще непрямое, или митотическое деление. В результате митоза генетический материал клетки удваивается и равномерно распределяется между двумя дочерними клетками. Митоз состоит из двух последовательных процессов – деления ядра, или кариокинеза и деления цитоплазмы, или цитокинеза. Продолжительность непрямого деления клеток варьирует от 30-60 мин у животных клеток до 2-3 часов у растительных клеток.
Митоз состоит из четырёх фаз: профазы, метафазы, анафазы и телофазы.
Во время профазы в ядре исчезают ядрышки, спирализуются и становятся отчётливо видны в световой микроскоп хромосомы, каждая из которых состоит из двух хроматид, соединённых в области центромеры, образуется веретено деления, исчезает ядерная оболочка.
Во время метафазы центромеры хромосом располагаются вдоль экватора клетки, образуя метафазную пластинку. Каждая центромера соединяется с нитями веретена деления.
В анафазе каждая хромосома разделяется на две хроматиды, которые благодаря нитям веретена деления расходятся к полюсам клетки. Таким образом, на полюсах клетки оказываются идентичные наборы хромосом.
В телофазе хромосомы, расположенные на полюсах клетки деспирализуются, вокруг них образуются ядерные мембраны и образуются ядра дочерних клеток, начинается активный синтез белков, образуются ядрышки, нити веретена деления разрушаются.
Телофазой завершается кариокинез, за которым следует цитокенез, проходящий у растительных и животных клеток не одинаково. В животной клетке по линии экватора возникает перетяжка, в образовании которой участвуют структуры цитоскелета. Перетяжка углубляется до тех пор, пока цитоплазма не разделится надвое.
В растительных клетках, окружённых твёрдой клеточной стенкой, разделение цитоплазмы происходит после образования внутриклеточной перегородки.
С момента разделения дочерних клеток для каждой из них наступает этап подготовки к новому делению – интерфаза.
Впервые ряд стадий митотического цикла в спорах плаунов описал в 1874 Иван Дорофеевич Чистяков. Детальные исследования по морфологии митоза впервые были выполнены Эдуардом Страсбургером на растениях (1876—79 гг). В конце 1870-х — начале 1880-х годов немецкий гистолог Вальтер ФлЕмминг описал непрямое деление клеток животных и для его обозначения ввёл термин «митоз».
Остались вопросы по теме? Наши репетиторы готовы помочь!
Подготовим к ЕГЭ, ОГЭ и другим экзаменам
Найдём слабые места по предмету и разберём ошибки
Повысим успеваемость по школьным предметам
Поможем подготовиться к поступлению в любой ВУЗ