С момента появления клетки и до ее смерти в результате апоптоза (программируемой клеточной гибели) непрерывно продолжается жизненный цикл клетки.
Интенсивно образуются рибосомы, синтезируется АТФ и все виды РНК, ферменты, клетка растет.
Митоз является непрямым способом деления клетки, наиболее распространенным среди эукариотических организмов. По продолжительности занимает около 1 часа. К митозу клетка готовится в период интерфазы путем синтеза белков, АТФ и удвоения молекулы ДНК в синтетическом периоде.
Митоз состоит из 4 фаз, которые мы далее детально рассмотрим: профаза, метафаза, анафаза, телофаза. Напомню, что клетка вступает в митоз с уже удвоенным (в синтетическом периоде) количеством ДНК. Мы рассмотрим митоз на примере клетки с набором хромосом и ДНК 2n4c.
ДНК максимально спирализована в хромосомы, которые располагаются на экваторе клетки. Каждая хромосома состоит из двух хроматид, соединенных центромерой (кинетохором). Нити веретена деления прикрепляются к центромерам хромосом (если точнее, прикрепляются к кинетохору центромеры).
Попробуйте самостоятельно вспомнить фазы митоза и описать события, которые в них происходят. Особенное внимание уделите состоянию хромосом, подчеркните сколько в них содержится молекул ДНК (хроматид).
Мейоз
В результате мейоза из диплоидных клеток (2n) получаются гаплоидные (n). Мейоз состоит из двух последовательных делений, между которыми практически отсутствует пауза. Удвоение ДНК перед мейозом происходит в синтетическом периоде интерфазы (как и при митозе).
Помимо типичных для профазы процессов (спирализация ДНК в хромосомы, разрушение ядерной оболочки, движение центриолей к полюсам клетки) в профазе мейоза I происходят два важнейших процесса: конъюгация и кроссинговер.
Кроссинговер является важнейшим процессом, в ходе которого возникают рекомбинации генов, что создает уникальный материал для эволюции, последующего естественного отбора. Кроссинговер приводит к генетическому разнообразию потомства.
Биваленты (комплексы из двух хромосом) выстраиваются по экватору клетки. Формируется веретено деления, нити которого крепятся к центромере (кинетохору) каждой хромосомы, составляющей бивалент.
Мейоз II весьма напоминает митоз по всем фазам, поэтому если вы что-то подзабыли: поищите в теме про митоз. Главное отличие мейоза II от мейоза I в том, что в анафазе мейоза II к полюсам клетки расходятся не хромосомы, а хроматиды (дочерние хромосомы).
Сейчас мы возьмем клетку, в которой 4 хромосомы. Попытайтесь самостоятельно описать фазы и этапы, через которые она пройдет в ходе мейоза. Проговорите и осмыслите набор хромосом в каждой фазе.
Бинарное деление надвое
При благоприятных условиях бактерии делятся каждые 20 минут. В случае, если условия не столь благоприятны, то больше времени уходит на рост и развитие, накопление питательных веществ. Интервалы между делениями становятся длиннее.
Амитоз встречается в раковых (опухолевых) клетках, воспалительно измененных, в старых клетках.
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Жизненный цикл клетки: определение и периоды интерфазы
Жизненный цикл клетки
Определение жизненного цикла
Почти все клетки характеризуются наличием определенного жизненного цикла.
Что такое жизненный цикл клетки?
Жизненный цикл — это промежуток жизни клетки, который начинается в момент ее возникновения и заканчивается, когда завершается деление или клетка гибнет.
На протяжении жизненного цикла в клетке происходит множество различных процессов:
Из каких этапов состоит клеточный цикл?
Клеточный цикл включает продолжительный период интерфазы, а также короткие периоды митоза и цитокинеза.
К примеру, лейкоциты характеризуются 10-минутными митозом и цитокинезом, а также более чем 24-часовым промежутком интерфазы.
Интерфаза — это период жизни клетки, на протяжении которого она не делится.
В этот промежуток времени клетки нацелена на поддержание своего гомеостаза и выполнение определенных функций.
В ходе исследований различных групп клеток отдельного организма ученые пришли к выводу, что почти все они находятся в интерфазе. Только 1% клеток задействуется в процессе митоза.
Цикл клетки с делением в конце — характерная особенность большинства разновидностей клеток многоклеточного организма и всех одноклеточных организмов.
Клетки различаются длительностью не только всего цикла, но и отдельных его периодов. Причем эти различия встречаются даже в различных тканях одного организма.
Продолжительность клеточного цикла у людей для эпителиальных клеток — от 10 до 20 суток, для лейкоцитов — 4-5 суток, для клеток костного мозга — от 8 до 12 часов.
Сколько будет жить клетка закладывается генетически и передается по наследству.
Существует определенный этап жизнедеятельности клетки, когда происходит образование специальных белковых молекул. Определенная их концентрация указывает на необходимость деления или гибели.
Периоды интерфазы
Интерфаза является периодом жизненного цикла клетки, который характеризуется ее жизнью, функционированием и подготовкой к делению.
Окончание предыдущего цитокенеза — это начало интерфазы и всего клеточного цикла.
Пресинтетический период
Первый период интерфазы называется пресинтетическим илиG₁. Он характеризуется тем, что закодированная в ДНК генетическая информация находится в состоянии максимального функционирования. ДНК отвечает за синтез РНК и белков. Это наиболее длительный период, во время которого происходит рост клеток, дифференциация с выполнением соответствующих функций.
Ядра клеток содержат диплоидный набор хромосом: в каждой из них находится одна молекула ДНК. Генетическая формула клетки в этот период выглядит так: 2n2c (n обозначает гаплоидный набор хромосом, а с — количество копий ДНК).
Синтетический период
Следующий период — синтетический илиS. В этот период происходит синтез и удвоение ДНК. Как результат — каждая хромосома включает два хроматида и две дочерние молекулы ДНК (они соединены в участке центромеры). Происходит увеличение количества генов в два раза. Количество белков хроматина тоже увеличивается. Генетическая формула имеет вид — 2n4c.
Важный момент во время подготовки клетки к делению — репликация ДНК. Именно репликация составляет основу и бесполого, и полового размножения. Поэтому только в этом случае можно говорить о непрерывности жизни.
Начало синтетического периода связано с началом синтеза ДНК. Как только начинается удвоение ДНК, клетка теряет возможность вернуться на предыдущий период и имеет только один вариант — деление.
Начало синтетического периода также называют точкой рестрикции. Запуск синтеза ДНК происходит после появления специальных сигнальных молекул белков-активаторов этой фазы. В конце периода, после полной репликации ДНК, происходит разрушение белка-активатора и переход клетки к следующему периоду.
Клетки, у которых «разрешение» на деление отсутствует, не могут пройти точку рестрикции. Поэтому такие клетки на некоторое время переходят в состояние «покоя» или в G₀-фазу. В это время они поддерживают свой метаболизм и выполняют определенные функции.
Нейроны и мышечные клетки способны функционировать на протяжении всей жизни организма.
Постсинтетический период
Следующий этап — постсинтетический илиG₂. На этом этапе клетки готовятся к процессу митоза. Цитоскелет постепенно разрушается, осуществляется конденсация и спирализация хроматина. Отмечается усиление синтеза АТФ, белков, РНК, липидов и углеводов. Также происходит формирование новых клеточных органелл.
Клетки существенно увеличиваются в размерах. Кроме того, осуществляется синтез специальных белков-регуляторов, которые способствуют тому, чтобы клетка из этого этапа перешла к делению.
Постсинтетический период плавно перетекает в профазу митоза. Это момент, когда с помощью светового микроскопа впервые можно заметить хромосомы, сформированные из хроматина.
Окружающие клетки и гуморальные факторы организма контролирует жизненный цикл клеток многоклеточного организма. Большая роль в процессе регуляции отводится также специальным белкам, которые образует сама клетка под влиянием собственной генетической программы.
Какие процессы происходят в клетке в период интерфазы?
Если перечислять, какие процессы происходят в клетке в период интерфазы и готовят клетку к делению, то обязательно стоит упомянуть спирализацию и сокращение половинок хромосом (хроматид), удвоение центриолей, синтез белков будущего ахроматинового веретена, синтез высокоэнергетических соединений (в частности, АТФ).
Рост клетки завершается. Клетка готова вступить в профазу следующего митоза.
Цитокенез
За митозом следует такой этап клеточного цикла как цитокенез или деление цитоплазмы.
Начинается все с образования по экватору материнской клетки животных организмов перетяжки. Она, в частности, формируется еще в телофазе митоза. Микрофилламенты цитоскелета, образующие сократительное кольцо, формируют перетяжку деления. Кольцо постепенно становится меньше, а перетяжка все больше углубляется по всему периметру. Через определенный промежуток времени происходит деление материнской клетки на две дочерние.
Цитоскелет принимает активное участие в образовании перетяжки и ее углублении, в полном делении дочерних клеток. По окончании цитокенеза в дочерних клетках есть все компоненты материнской клетки.
В случае, если после митоза не происходит цитокенез, образуются многоядерные клетки.
Жизненный цикл клетки = клеточный цикл – промежуток времени от деления материнской клетки до непосредственного деления клетки или ее гибели.
За это время клетка успевает пройти стадию дифференцировки. Клетки при «рождении» обладают свойством тотипотентности, то есть у них есть разные пути развития и перспектива выполнять разные функции, иначе это называется дифференцировкой. Клетка растет, выполняет свою работу в зависимости от типа, а затем либо делится, либо погибает.
Клеточная смерть
Существует два пути конца существования клетки:
Интерфаза
1.G1 – период (постмитотический или пресинтетический период)
Начинается сразу после образования клетки в результате митоза материнской клетки. В клетке увеличивается содержание цитоплазматических белков, следовательно, размеры клетки увеличиваются до размеров материнской клетки.
2.S – период (синтетический период)
В цитоплазме удваиваются центриоли.
К концу S – фазы клетка тетраплоидна (4n) по ДНК.
3.G2 – период (постсинтетический или премитотический период)
Все деление клетки, включая митоз, занимает примерно один сутки, притом на пресинтетическую фазу (G1) около 9 часов, а синтетическую (S) — 10 часов, постсинтетическую (G2) – 4,5 часа, а непосредственно на митотическое деление – всего полчаса.
Митоз
Митоз – непрямое деление клетки, в результате которого образуются 2 дочерние клетки, полностью идентичные материнской клетке.
В ядре конденсируются хромосомы, каждая из них содержит по 2 хроматиды, что является результатом репликации в S – периоде.
Связь между сестринскими хроматидами начинает разрушаться.
Завершается формирование веретена деления.
Хроматиды сохраняют максимальную степень конденсации, но теряют связь друг с другом. Они начинают расходиться к полюсам клетки.
Хроматиды каждой хромосомы расходятся к противоположным полюсам.
Веретено деления распадается.
Начинается цитокинез: по центру клетки образуется перетяжка, клетка разделяется на две, так между дочерними клетками распределяется цитоплазма.
После цитокинеза в клетках восстанавливается аппарат Гольджи и ЭПС.
Мейоз
Мейоз – редукционное деление, при котором число хромосом в дочерних становится гаплоидным. Так сохраняется постоянство числа хромосом при половом размножении.
Мейоз напоминает два митоза, но с некоторыми правками:
Задание EB0518D Установите соответствие между процессами и стадиями клеточного деления: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца
ПРОЦЕССЫ
СТАДИИ ДЕЛЕНИЯ
А) разрушение ядерной оболочки
Б) спирализация хромосом
В) расхождение хроматид к полюсам клетки
Г) образование однохроматидных хромосом
Д) расхождение центриолей к полюсам клетки
Для начала, определим фазы деления. На первом изображении хроматиды расходятся к полюсам деления, это
Клетки семязачатка содержат диплоидный набор хромосом – 28 (2n2c).
Перед началом мейоза в S-периоде интерфазы — удвоение ДНК: 28 хромосом, 56 ДНК (2n4c).
В анафазе мейоза 2– к полюсам клетки расходятся хроматиды. После расхождения хроматид число хромосом увеличивается в 2 раза (хроматиды становятся самостоятельными хромосомами, но пока они все в одной клетке) – (2n2с= nc+nc) – 28 хромосом,28 ДНК
В митозе, если формула 2n4c, то это значит, что ДНК уже удвоилась, но еще не разошлась в разные клетки. Это профаза. 1)
Из вариантов способов деления у нас есть только амитоз и мейоз I, это мейоз. 6)
В анафазе мейоза II формула 2n2c, потому что к этому моменту клетка уже один раз пережила одну анафазу и телофазу. Легко запомнить, что в результате мейоза получаются клетки с наборами nc,, значит, в анафазе II, до деления материала пополам, формула 2n2c. 3)
В) выстраивание хромосом в центральной части клетки
Г) начало движения хромосом к центру
Д) расхождение хроматид к полюсам клетки
Е) формирование новых ядерных оболочек
Процессы, происходящие в митозе и мейозе необходимо знать наизусть, это не так сложно. Если понимать, что происходит, то не придется заучивать количество хромосом и хроматид на каждом этапе.
Пробежимся по всем вариантам.
Зная, что происходит в профазе, сразу запишем, что вначале, хромосомы утолщаются и укорачиваются
Затем происходит разрушение ядерной оболочки
Новые ядерные оболочки образуются в конце. Это тоже достаточно логично.
А
Б
В
Г
Д
Е
2
1
6
Допустим, мы пойдем с конца. Перед тем, как образуются две новые ядерные оболочки, в разных полюсах клетки должен находиться генетический материал, который и обособится от цитоплазмы.
А
Б
В
Г
Д
Е
2
1
5
6
К разным полюсам хромосомы должны откуда-то прийти. Естественно, из центра материнской клетки.
А
Б
В
Г
Д
Е
2
1
4
5
6
Для того, чтобы оказаться в центе, хромосомы должны начать двигаться к этому самому центру. И останется последний вариант про утолщение и укорочение хромосом.
Задание EB22419 Установите соответствие между процессами и фазами митоза, изображёнными на рисунках: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.
ПРОЦЕССЫ
ФАЗЫ МИТОЗА
А) расхождение центриолей к полюсам клетки
Б) укорачивание нитей веретена деления
В) присоединение нитей веретена деления к хромосомам
Г) выстраивание хромосом в одной плоскости
Д) спирализация хромосом
Е) движение хромосом к полюсам клетки
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:
Бывает так, что по рисунку сложно понять, какая фаза изображена. Ничего страшного, ведь вариантов у нас ограниченное количество, и можно вначале перечитать процессы, происходящие в фазу, потом понять, к каким фазам они относятся, а уже потом соотносить их с рисунком. Если попался суперудачный рисунок, то можно сразу соотносить.
Пожалуй, пойдем с конца:
Укорачивание нитей веретена деления. Когда они могут укорачиваться? Тогда, когда хромосомы стягиваются к полюсам. Значит, это анафаза.
Расхождение центриолей к полюсам. В метафазе и анафазе, как мы уже заметили, нити веретена деления уже прикреплены. От центриолей достраиваются нити веретена деления. Следовательно, это может быть только профаза.
Теперь, когда мы определили фазы, которые у нас спрашиваются, вернемся к рисункам. Самое очевидное — метафаза. Хромосомы на экваторе клетки.
Расхождение хроматид — анафаза, она изображена на третьем рисунке.
Ну и последнее — профаза. Мы еще видим ядерную оболочку, так что, видимо, это ранняя стадия, это не должно смущать.
Задание EB21683 Установите соответствие между процессами, происходящими на разных стадиях жизненного цикла клетки: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.
ПРОЦЕССЫ
СТАДИИ
А) интенсивный обмен веществ
Б) спирализация хромосом
В) удвоение количества органоидов
Г) образование веретена деления
Д) расположение хромосом по экватору клетки
Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами
А
Б
В
Г
Д
Е
Итак, для начала, даже не вдаваясь в подробности вспомним о том, что из себя представляет интерфаза. Базовым знанием будет являться то, что интерфаза предшествует клеточному делению. Что же касается длительности — времени она занимает больше, чем само клеточное деление. Теперь, опираясь на эти факты будем рассуждать:
Во-первых, в эту фазу ничего не делится, ведь она является фазой-предшественником.
Во-вторых, для деления явно нужна энергия. Вообще, в подготовку входит всякого рода синтезы.
Интенсивный обмен веществ — исходя из наших рассуждений о том, что для деления нужна энергия, а интерфаза — это подготовка, то отнесем этот вариант к интерфазе.
Кроме синтезов, сюда же отнесем все удвоения или же репликации. К интерфазу так же допишем варианты В) и Е).
Остальное относится к митозу, а именно:
Спирализация хромосом — профаза.
Образование веретена деления — конец профазы — начало метафазы.
Задание EB19831 Установите соответствие между событиями, происходящими с ядрами клеток в митозе и мейозе.
СОБЫТИЯ, ПРОИСХОДЯЩИЕ ПРИ ДЕЛЕНИИ
СПОСОБЫ ДЕЛЕНИЯ КЛЕТОК
А) образование бивалентов
Б) образование диплоидных клеток
В) в анафазе у полюсов клетки образуются однохроматидные дочерние хромосомы
Г) происходит кроссинговер
Д) содержание генетического материала не изменяется
Е) в анафазе происходит расхождение двухроматидных хромосом к полюсам клетки
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:
Прочитаем все варианты и попробуем начать с очевидного.
Мы знаем, что при митозе появляются 2 идентичные материнской клетки, значит, генетический материал не изменяется, поэтому вариант Д соответствует митозу.
Клетки, получающиеся в результате митоза, так как они идентичны материнской — диплоидны, Б — митоз.
Теперь факт для кого-то старый, для кого-то новый: митоз происходит в 1 этап, а мейоз — в 2, кроме того, митоз — простое деление, при нем не происходит никаких интересных процессов.
Соответственно, Г — мейоз.
Для того, чтобы быстро разобраться с вариантами В) и Е) лучше посмотреть на схему митоза и мейоза:
В анафазе митоза к полюсам расходятся однохроматидные хромосомы, а при мейозе I – двухроматидные, однохроматидными они станут на втором этапе деления. В) митоз, Е) мейоз.
Задание EB12272 Установите соответствие между особенностями клеточного деления и его видом.
ОСОБЕННОСТИ КЛЕТОЧНОГО ДЕЛЕНИЯ
ВИД ДЕЛЕНИЯ
A) в результате деления появляются 4 гаплоидные клетки
Б) обеспечивает рост органов
B) происходит при образовании спор растений и гамет животных
Г) происходит в соматических клетках
Д) обеспечивает бесполое размножение и регенерацию органов
Е) поддерживает постоянство числа хромосом в поколениях
Это задание можно выполнить, даже не зная толком, ни митоза, ни мейоза. Во-первых, нужно понимать, что в результате мейоза появляются половые клетки, а митоза — соматические. Во-вторых, в результате митоза, как простого деления, появляется 2 генетически идентичные клетки, а в результате мейоза — 4 с различным генетическим материалом, который достается в случайном порядке в наследство от материнской и отцовской особей.
Вернемся от наших рассуждений про митоз и мейоз к самому заданию.
А) 4 гаплоидных клетки. Мы даже в данном случае можем не вспоминать, гаплоидны наши клетки или диплоидны, обратим внимание на самое явное — количество. 4 клетки, это может быть только мейоз.
Б) Рост органов. Его обеспечивают соматические клетки. Значит, за это отвечает деление — митоз.
В) Споры растений или гаметы животных. Нам, как животным, естественно, ближе животные. Гаметы — половые клетки, которые сливаются, из них получается зигота, из нее развивается зародыш. Раз гаметы, значит, мейоз.
Г) Соматические клетки. Митоз.
Д) Бесполое размножение и регенерация органов. На начальном этапе подготовки мы можем ничего не знать о бесполом размножении, но нам наверняка знакомо понятие «регенерация». Очень ярким примером является краб. Он настолько крут, что может регенерировать не на каком-нибудь клеточном уровне, а на уровне ткани, ведь может отрастить в случае потери себе новую клешню! А в клешне у него соматические клетки. Снова приходим к митозу.
Е) Постоянство числа хромосом в поколениях. Как появляются поколения? Естественно, в результате размножения. К размножению причастен однозначно мейоз.
Запишем результат наших умозаключений в таблицу. Внимательно посмотрите, какая цифра обозначает какое деление.
Следует понимать, что соматические клетки делятся путем митоза, а половые — мейоза. Опираясь на это, возможно, будет легче запомнить. После митоза получится 2 клетки, идентичные материнской, они будут диплоидны. После мейоза — 4 клетки с гаплоидным набором, отличающимся от материнской.
Для того, чтобы дочерние клетки не были идентичны материнской, должны произойти конъюгация, то есть сближение хромосом, и кроссинговер — обмен гомологичными участками. Такие процессы характерны только для мейоза.
Митоз происходит за одно деление, а мейоз — в два этапа.
Таким образом, ответом на вопрос являются варианты 1,3,6.
