Жизненный цикл клеток. Митоз

Развитие многоклеточного организма зависит от деления клеток. Благодаря делению, клетки появляются, затем по прошествии какого-то времени они делятся, дают начало новым клеткам, а затем разрушаются. Последовательность всех этих процессов называется жизненным циклом клетки.

Жизненный цикл клетки – это время существования клетки от момента её образования путём деления материнской клетки до собственного деления или естественной гибели.

В жизненном цикле клетки выделяют два этапа.

Интерфазу в результате которой клетка готовиться к делению. Который подразделяют на несколько стадий.

И митоз при котором из исходной родительской клетки образуется две дочерние клетки, с таким же набором хромосом.

Рассмотрим интерфазу

Интерфаза в жизненном цикле занимает самой большой промежуток времени. Стадия (ж ноль  это стадия покоя. Из стадии ж-ноль клетка может перейти в два состояния.

Дифференцированная клетка может уйти в апоптоз, то есть в клеточную смерть. А недеференцированная клетка может начать делиться.

Если возникает необходимость деления, то клетка переходит в следующую стадию.

Это ( пресентетический период). В этом периоде идёт синтез РНК и белков необходимых для удвоения ДНК, то есть для репликации.

После этого идёт (S фаза- синтетический период) В S-фазе происходит репликация ДНК, то есть удвоение.

После чего в ( периоде – постсинтетическом периоде), происходит синтез РНК и белков которые необходимы для дальнейшего деления клетки (митоза).

Итак, все стадии жизненного цикла клетки за исключением деления и называют интерфазой.

Ненадолго вернёмся к строению клетки и устройству генетического материала.

Рассмотрим эукариот организмов, клетки которых содержат ядро. В котором находятся хромосомы. Каждая хромосома состоит из одной молекулы ДНК связанной с белками.

Понятно, что в одной клетки может быть несколько разных хромосом. Они могут отличаться по длине по форме и содержать разную генетическую информацию.

Для удобства мы обозначим разные хромосомы разным цветом.

Если в клетке присутствует по одной хромосоме каждого вида, то такая клетка называется гаплоидной. Если же в клетке содержаться по две хромосомы каждого вида, такая клетка называется диплоидная.

Плоидность — это количество одинаковых наборов хромосом.

В гаплоидной клетке плоидность равна единице. В диплоидной клетке - равна двойке. Плоидность обозначается буквой эн (n), соответственно один эн и два эн. Соответственно в Ж-один периоде у гаплоидной клетки будет один набор молекулы ДНК. У диплоидной клетки будет два набора молекулы ДНК.

Так как большинство эукариот являются диплоидными организмами. 

Мы возьмём диплоидную клетку и рассмотрим на ее примере жизненный цикл.

В интерфазе клетка растёт. В ней синтезируются необходимые белки. Увеличивается число многих органоидов, например митохондрий, центриолей. Запасается энергия за счет синтеза молекул АТФ. В этот период отчётливо видно ядро и ядрышко. Хромосомы невидны они раскручены и равномерно распределены по всему ядру в виде рыхлой массы.

В Эс периоде происходит репликация, то есть удвоение молекул ДНК.

Реплика́ция (от лат. replicatio — возобновление) — процесс синтеза дочерней молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты на матрице родительской молекулы ДНК. Этот процесс обеспечивает точную передачу генетической информации из поколения в поколение.

Репликация может начинаться не с любого участка ДНК, а со строго определённого, называемого сайтом инициации репликации.

С сайта инициации при помощи ферментов двойная спираль ДНК начинает расплетаться.

При этом водородные связи между комплементарными азотистыми основаниями аденином и тимином, гуанином и цитозином разрываются специальным ферментом.

Формируется репликационная вилка — место непосредственной репликации ДНК.

Теперь каждая из цепи ДНК становится матрицей, на которой при помощи фермента ДНК-полимеразы синтезируется новая комплементарная цепь.

То есть к каждому нуклеотиду обеих нитей последовательно подстраиваются комплементарные нуклеотиды. Так формируется нити ДНК которые будут являться копиями.

Репликационная вилка движется со скоростью порядка 100 000 пар нуклеотидов в минуту у прокариот и 500-5000 — у эукариот.

В результате репликации образуются две новые двуспиральные молекулы ДНК, идентичные родительской молекуле. В процессе репликации участвуют многие ферменты.

В постсинтетическом периоде каждая хромосома состоит из двух молекул ДНК

На втором этапе жизненного цикла клетки происходит её деление − митоз.

Митоз – это основной тип деления соматических эукариотических клеток. Процесс деления включает в себя несколько последовательных фаз и представляет собой цикл.

При котором сначала разделяется ядро, а затем происходит деление цитоплазмы. В результате образуются две одинаковые клетки с наборами хромосом идентичные набору родительской клетки.

Рассмотрим данные процессы подробнее.

Митоз — это непрерывный процесс, но для удобства его разделяют на четыре стадии.

1 cтадия митоза − профаза. Здесь ядро увеличивается в объёме.

Наибольшее значение в этот период имеет скручивание хромосом. В результате они преобразуются в компактные структуры. Одновременно происходит изменение и других клеточных структур. Исчезает ядерная оболочка и ядрышко.

К концу профазы центриоли клеточного центра расходиться к полюсам клетки. Из микротрубочек – белковых структур которые являются частью цитоскилета, начинает формироваться веретено деления.

2 стадия митоза − метафазу хромосомы максимально уплотняются и если посмотреть на клетку в световой микроскоп, то именно в эту фазу мы можем их хорошо рассмотреть.

Здесь видно, что каждая хромосома имеет отличную от других форму и представляет собой вытянутое тельце, которое состоит из двух хроматид.

В начале этого периода хромосомы лежат непосредственно в цитоплазме.

Далее к центрамерам хромосом с двух сторон прикрепляются нити веретена деления. И хромосомы начинают двигаться пока центриоль не окажется на одинаковом расстоянии от двух полюсов. В результате хромосомы выстраиваются на экваторе клетки.

После этого начинается 3 стадия митоза ─ анафаза.

Центромеры хромосом разделяются. Сестринские хроматиды становятся самостоятельными хромосомами.

Нити веретена деления укорачиваются и тянут хроматиды к полюсам клетки. Таким образом к каждому полюсу отходит равный набор хромосом.

В последнюю стадию митоза телофазу хроматиды на каждом полюсе раскручиваются. И принимают вид тонких нитей. Вокруг них формируется ядерная оболочка. И появляется ядрышко.

Далее происходит распределение клеточных органоидов. И все завершается делением цитоплазмы цитокинезом. В результате, которого клетки разделаются на две дочерние. Полностью идентичные материнской.

Различают два основных типа цитокинеза.

Деление поперечной перетяжкой клетки (наиболее характерно для клеток животных) и деление путём образования клеточной пластинки (свойственно растениям в связи с наличием жёсткой клеточной стенки).

Перед началом анафазного расхождения хромосом на экваторе клетки возникает сократительное кольцо из белковых актиновых и миозиновых филаментов. В дальнейшем, вследствие активности сократительного кольца, образуется борозда деления, которая постепенно углубляется вплоть до полного разделения клетки. По окончании цитокинеза сократительное кольцо полностью распадается, а плазматическая мембрана стягивается вокруг остаточного тельца.

А теперь посмотрим как происходит деление растительной клетки.

Деление клетки путём образования клеточной пластинки начинается с перемещения мелких ограниченных мембраной пузырьков по направлению к экваториальной плоскости клетки. Здесь пузырьки сливаются, образуя дисковидную, окружённую мембраной структуру — раннюю клеточную пластинку. Мелкие пузырьки происходят в основном из аппарата Гольджи и перемещаются к экваториальной плоскости. Где концентрируются короткие микротрубочки. За счёт этого продолжается рост клеточной пластинки вплоть до её окончательного слияния с мембраной материнской клетки. После окончательного разделения дочерних клеток в клеточной пластинке откладываются микрофибриллы целлюлозы, которые завершают образование жёсткой клеточной стенки.

В среднем процесс деления клетки от начала профазы до конца телофазы длиться 1-2 часа, а каждая из фаз продолжается 15-20 мин.

У клеток сложного организма (например, человека) жизненный цикл клетки может быть различным. Высокоспециализированные клетки (эритроциты, нервные клетки-нейроны, клетки поперечно-полосатой мускулатуры) не размножаются (не способны к делению). Их жизненный цикл состоит из рождения, выполнения предназначенных функций и гибели.

Значение митоза. Митоз имеет универсальный характер. Он протекает сходным образом у всех видов. Клетки, которых имеют ядро. Митоз обеспечивает равномерное распределение наследственного материала. Благодаря чему поддерживается постоянное число хромосом.

Обеспечивается рост, развитие и восстановление организма, а также сходство потомства с родителями из поколения в поколение.