Поділ клітини розмноження
Розмноження. Розмноження клітин. Розмноження - розмноження найважливіше властивість живих організмів. Розмноження на рівні молекул - реплікація ДНК, розмноження на рівні органоїдів - розподіл мітохондрій, хлоропластів, розмноження на рівні клітин - ділення клітин. Розмноження лежить в основі передачі спадкової інформації, розмноження, зростання, розвитку, регенерація.
Носіями спадкової інформації є хромосоми. Хромосомний набір, характерний для виду, - каріотип; хромосомний набір, отриманий від батьків, - генотип; хромосомний набір гамети - геном. Диплоїдний набір хромосом - подвійний, гаплоїдний набір - одинарний. Соматичні клітини - це клітини з подвійним набором хромосом (всі клітини організму, крім статевих). Статеві клітини (гамети) - це клітини з одинарним набором хромосом.
Способи ділення клітин: амитоз - прямий поділ; мітоз - непрямий поділ; мейоз - поділ, характерне для дозрівання статевих клітин.
Амитоз, або прямий поділ, - спосіб ділення ядра соматичних клітин навпіл шляхом перетяжки без утворення хромосом. Якщо при амитозе не відбувається поділу цитоплазми, то відбувається виникнення дво- і багатоядерних клітин. Даний спосіб розподілу характерний для деяких найпростіших, спеціалізованих клітин і для патологічно змінених клітин. Розподіл ядерного матеріалу виявляється випадковим і нерівномірним. Виниклі дочірні клітини спадково неповноцінні.
Період існування клітини від моменту її утворення шляхом поділу материнської клітини (включаючи сам розподіл) до власного поділу або смерті називають життєвим (клітинним) циклом.
Тривалість життєвого циклу у різних клітин багатоклітинного організму різні. Так, клітини нервової тканини після завершення ембріонального періоду перестають ділитися і функціонують протягом усього життя організму, а потім гинуть. Клітини ж зародка на стадії дроблення, завершивши одну поділку, відразу приступають до наступного, минаючи всі інші фази.
Мітоз - непрямий поділ соматичних клітин, в результаті якого спочатку відбувається подвоєння, а потім рівномірний розподіл спадкового матеріалу між дочірніми клітинами.
Біологічне значення мітозу: в результаті мітозу утворюються дві клітини, кожна з яких містить стільки ж хромосом, скільки їх було в материнській. Дочірні клітини генетично ідентичні батьківській. Число клітин в організмі збільшується, що представляє собою один з головних механізмів зростання. Багато видів рослин і тварин розмножуються безстатевим шляхом за допомогою одного лише мітотичного поділу клітин, таким чином, мітоз лежить в основі розмноження. Мітоз забезпечує відрощування втрачених частин і заміщення клітин, що відбувається в тій чи іншій мірі у всіх багатоклітинних організмів.
Мітотичний цикл складається з інтерфази і мітозу. Тривалість митотического циклу у різних організмів різна. Безпосередньо на поділ клітин йде обично1 - 3 години, тобто основну частину життя клітина знаходиться в інтерфазі.
Інтерфазою називають проміжок між двома клітинними розподілами. Тривалість інтерфази, як правило, становить до 90% всього клітинного циклу. Складається з трьох періодів:
Початковий відрізок інтерфази - пресинтетичний період (2n2c, де n - кількість хромосом, c
- кількість ДНК), період зростання. що починається безпосередньо після мітозу. Синтетичний період за тривалістю дуже різний: від декількох хвилин у бактерій до 6 - 12 годин на клітинах ссавців. Під час синтетичного періоду відбувається найголовніша подія інтерфази - подвоєння молекул ДНК. Кожна хромосома стає двухроматідной, а число хромосом не змінюється (2n4c).
Постсинтетичний період. Забезпечує підготовку клітини до поділу, а також характеризується інтенсивними процесами синтезу білків, що входять до складу хромосом; синтезуються ферменти і енергетичні речовини, необхідні для забезпечення процесу поділу клітини.
Мітоз складається з чотирьох фаз: профази, метафази, анафази, телофази.
Профаза (2n4c). В результаті спирализации хромосоми ущільнюються, коротшають. У пізній профазі добре видно, що кожна хромосома складається з двох хроматид, з'єднаних центромерой. Хромосоми починають пересуватися до клітинного екватора. Формується веретено ділення, ядерна оболонка зникає, а хромосоми вільно розташовуються в цитоплазмі. Ядро зазвичай зникає трохи раніше.
Метафаза (2n4c). Хромосоми шикуються в площині екватора, утворюючи так звану метафазну пластинку. Центромери хромосом лежать строго в площині екватора. Нитки веретена прикріплюються до Центромера хромосом.
Анафаза (4n4c). Починається з розподілу центромер всіх хромосом, в результаті чого хроматиди перетворюються в дві абсолютно відокремлені, самостійні дочірні хромосоми. Потім дочірні хромосоми починають розходитися до полюсів клітини.
Телофаза (2n2c). Хромосоми концентруються на полюсах клітини і деспирализуются. Веретено поділу руйнується. Навколо хромосом формується оболонка ядер дочірніх клітин, потім відбувається розподіл цитоплазми клітини (або цітокенез).
При розподілі тварин клітин на їх поверхні в площині екватора з'являється борозна, яка, поступово заглиблюючись, розділяє материнську клітину на дві дочірні. У рослин поділ відбувається шляхом утворення так званої клітинної пластинки, що розділяє цитоплазму. Вона виникає в екваторіальній області веретена, а потім зростає на всі боки, досягаючи клітинної стінки.
Дочірні хромосоми однохроматідние. Відбувається деспіралізація хромосом (розкручування), хромосоми стають невиразними (невидимими).
Мейоз - основний етап утворення статевих клітин. Під час мейозу відбувається не одне, як при мітозі, а два наступних один за одним клітинних поділу. Першому мейотичного поділу передує интерфаза 1 - фаза підготовки клітини до поділу, в цей час відбуваються ті ж процеси, що і в інтерфазі.
Перше мейотическое розподіл називають редукційним, так як саме під час цього розподілу відбувається зменшення числа хромосом, утворюються дві клітини з гаплоїдний набором хромосом, однак хромосоми залишаються двухроматіднимі. Відразу ж після першого поділу мейозу відбувається другий - за типом звичайного мітозу. Цей поділ називають екваціонним, так як під час цього розподілу хромосоми стають однохроматіднимі.
Біологічне значення мейозу: завдяки мейозу відбувається редукція числа хромосом. З однієї диплоїдної клітини утворюється 4 гаплоїдних. Завдяки мейозу утворюються генетично різні гамети, так як в процесі мейозу тричі відбувається перекомбінація генетичного матеріалу: за рахунок кросинговеру; випадкового і незалежного розходження хромосом, а потім і хроматид. Завдяки мейозу підтримується сталість диплоїдного набору хромосом в соматичних клітинах.
Перше і друге розподіл мейозу складається з тих же фаз, що і мітоз, але сутність змін в спадковому апараті інша.
Перше поділ мейозу.
Профаза 1 (2n4c). Найтриваліша і складна фаза мейозу. Складається з ряду послідовних стадій. Гомологічні хромосоми починають притягуватися один до одного подібними ділянками і коньюгіруют. Коньюгации називають процес тісного зближення гомологічних хромосом. Пару коньюгірующіх хромосом називають бівалентом (від лат. «Bi» - подвійний) або тетрадой (від грец. «Tetrados» - четвірка), так як кожен бивалент складається з чотирьох хроматид. Надалі між хромосомами, складовими бивалент, відбувається кросинговер - обмін однаковими (гомологічними), тобто містять одні й ті ж гени ділянками. Кроссинговер призводить до першої під час мейозу рекомбінації генів. В кінці профази 1 зникають ядерна оболонка і ядерце. Біваленти переміщаються до екватора клітини. Центриоли переміщаються до полюсів клітини, і формується веретено поділу.
Метафаза 2 (2n4c). Закінчується формування веретена поділу. Спирализация хромосом максимальна. Біваленти розташовуються в площині екватора. Причому центромери гомологічних хромосом звернені до різних полюсів клітини. Розташування бівалентов в екваторіальній площині равновероятное і випадкове, тобто кожна з батьківських та материнських хромосом може бути повернута в бік того чи іншого полюса. Це створює передумови для другої за час мейозу рекомбінації генів. Нитки веретена прикріплюються до Центромера хромосом.
Анафаза 1 (1n2c). До полюсів розходяться цілі хромосоми, а не хроматиди, як при мітозі. Число хромосом зменшується в два рази, хромосомний набір стає гаплоидним. Кожна хромосома складається з двох хроматид, тобто як і раніше містить подвійну кількість ДНК.
Телофаза 1 (1n2c). На нетривалий час утворюється ядерна оболонка. Потім відбувається поділ цитоплазми (у тварин) або утворюється розділяє клітинна стінка (у рослин).
Друге поділ мейозу.
Интерфаза 2 (1n2c). Характерна тільки для тварин клітин. Реплікація ДНК не відбувається.
Друга стадія мейозу включає також профазу, метафазу, анафазу і телофазу. Вона протікає так само, як мітоз.
Профаза 2 (1n2c). Хромосоми спирализуются, ядерна мембрана і ядерця руйнуються, центриоли переміщаються до полюсів клітини, формується веретено поділу.
Метафаза 2 (1n2c). Хромосоми вибудовуються по екваторі клітини, утворюється метафазної пластинка і веретено ділення, нитки веретена прикріплюються до Центромера.
Анафаза 2 (2n2c). Центромери хромосом діляться, хроматиди стають самостійними хромосомами, і нитки веретена поділу розтягують їх до полюсів клітини. Число хромосом в клітині стає диплоїдним, але на кожному полюсі формується гаплоїдний набір. Оскільки в метафазі 2 хроматиди хромосом розташовуються в площині екватора випадково, в анафазе відбувається третя рекомбінація генетичного матеріалу клітини.
Телофаза 2 (1n1c). Нитки веретена поділу зникають, хромосоми деспирализуются, навколо них відновлюється ядерна оболонка, ділиться цитоплазма.
Таким чином, в результаті двох послідовних поділів мейозу диплоидная клітина дає початок чотирьом дочірнім, генетично різних клітин з гаплоїдний набором хромосом.
Порівняльна характеристика мітозу і мейозу
Цілі і завдання: Сформувати знання про значення поділу клітини для розмноження, росту і розвитку організмів; про процеси, що протікають в клітині в інтерфазі і в період мітозу; про механізм, що забезпечує сталість числа і форми хромосом
Здатність розмножуватися, тобто виробляти нове покоління особин того ж виду, - одна з основних особливостей живих організмів. У процесі розмноження відбувається передача генетичного матеріалу від батьківського покоління наступного
Радіація - випромінювання енергії у вигляді частинок або електромагнітних хвиль. При перетвореннях радіоактивних ядер виникають різні види випромінювання: альфа -, бета -, гамма-випромінювання, рентгенівське випромінювання, нейтрони, важкі іони.
Розмноження становить одну з найважливіших характеристик сутності життя. До розмноження здатні все без винятку живі організми, від бактерій до ссавців.
Розмноження - здатність організмів виробляти собі подібних, одне з основних властивостей всіх живих істот. Здатність до розмноження часто оцінюють як відмітна ознака живого.