Что значит непрямое деление клетки
Митоз и мейоз
Жизненный цикл клетки (клеточный цикл)
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.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
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.
Деление клеток. Митоз и мейоз, фазы деления
Размножение клеток – один из важнейших биологических процессов, является необходимым условием существования всего живого. Репродукция осуществляется путем деления исходной клетки.
Клетка – это наименьшая морфологическая единица строения любого живого организма, способная к самопроизводству и саморегуляции. Время ее существования от деления до гибели или же последующей репродукции называется клеточным циклом.
Ткани и органы состоят из различных клеток, которые имеют свой период существования. Каждая из них растет и развивается, чтобы обеспечивать жизнедеятельность организма. Длительность митотического периода различна: клетки крови и кожи входят в процесс деления каждые 24 часа, а нейроны способны к репродукции только у новорожденных, а затем вовсе утрачивают способность к размножению.
Существует 2 вида деления — прямое и непрямое. Соматические клетки размножаются непрямым путем, гаметам или половым клеткам присущ мейоз (прямое деление).
Митоз — непрямое деление
Митотический цикл включает 2 последовательных этапа: интерфазу и митотическое деление.
Интерфаза (стадия покоя) – подготовка клетки к дальнейшему разделению, где совершается дублирование исходного материала, с последующим его равномерным распределением между новообразованными клетками. Она включает 3 периода:
После окончания премитотического периода начинается митотическое деление. Процесс включает 4 фазы:
Мейоз — прямое деление
Существует особый процесс репродукции, встречающийся только в половых клетках (гаметах) – это мейоз (прямое деление). Отличительной чертой для него является отсутствие интерфазы. Мейоз из одной исходной клетки дает четыре, с гаплоидным набором хромосом. Весь процесс прямого деления включает два последовательных этапа, которые состоят из профазы, метафазы, анафазы и телофазы.
Перед началом профазы у половых клетках происходит удвоение исходного материала, таким образом, она становится тетраплоидной.
Профаза 1:
Профаза заканчивается разрушением нуклеолемы и формированием веретена деления.
Метафаза 1: биваленты расположены посередине клетки.
Анафаза 1:к противоположным полюсам движутся удвоенные хромосомы.
Телофаза 1:завершается процесс деления, клетки получают по 23 бивалента.
Без последующего удвоения материала клетка вступает во второй этап деления.
Профаза 2: снова повторяются все процессы, которые были в профазе 1,а именно конденсация хромосом, что хаотично располагаются между органеллами.
Метафаза 2: две хроматиды, соединенные в месте перекреста (униваленты), располагаются в экваториальной плоскости, создавая пластинку, названную метафазной.
Анафаза 2: — унивалент разделяется на отдельные хроматиды или монады, и они направляются к разным полюсам клетки.
Сложно представить наше существования без мейотического деления, иначе все организмы с каждым последующим поколение получали бы удвоенные наборы хромосом.
Особенности процесса размножения: непрямое деление клеток и его фазы
Особенности процесса размножения
Как размножается клетка?
Образование эукариотических клеток связано с процессом удвоения, а после — деления генетического материла ядра (в ходе митоза или мейоза), а также с делением тела клетки или цитокинезом (не относится к клеткам, образующимся в результате слияния).
Жизнь и функционирование сформировавшихся один раз клеток длится до момента их следующего деления или гибели.
Не могут делиться эритроциты, нейроны и мышечные клетки.
Жизнь каждой клетки ограничена. По этой причине для длительного существования в многоклеточном организме должен происходить процесс образования новых клеток со скоростью гибели старых клеток.
Одно из самых важных явлений в организме — деление клеток.
Что такое деление клетки? Как происходит деление клетки?
Согласно клеточной теории, образование новых клеток происходит только из предыдущих. Это образование и называется научным термином «деление клеток»
Одноклеточные организмы зарождаются в результате образования зиготы и слияния гамет. Зигота делится достаточно интенсивно и образует миллиарды новых клеток, которые получают дифференциацию, растут и формируют ткани с органами.
Рост и обновление многих структур в многоклеточных организмах связаны с процессом размножения клеток — пролиферацией. После того как новый организм сформирован, клетки постепенно утрачивают способность размножаться. Периодически они делятся — это связано с необходимостью замещения погибших клеток, а также поддержания целостности тканей, органов и организма в целом.
Основа деления клеток — молекулярно-генетический механизм или репликация молекул ДНК.
Непрямое деление клеток
Определение митоза
В многоклеточном организме клетки возникают как результат деления (размножения) уже существующих клеток.
Митоз или непрямое деление — это непростой процесс деления ядра с последующим образованием двух дочерних ядер.
Чем характеризуется непрямое деление клетки? Приведем его примеры ниже.
В каждом из новых двух ядер содержится идентичный материнскому набор хромосом, между дочерними клетками происходит точное распределение хромосом с ДНК.
Процесс митоза — часть жизненного цикла клетки, основанный на пяти последовательных фазах.
Фазы митоза
Каждая фаза митоза отличается по длительности. Одна может заниматься несколько минут, а другая — сотни часов. Длительность фазы определяется типом клетки, тканями, активностью органов, физиологическим состоянием организма, разнообразными факторами внешней среды вроде влажности, освещения, температуры, химических веществ и др, а также внутренними факторами — гормонами, нейромедиаторами.
Пройдемся кратко по фазам митоза.
Профаза — начальная стадия митоза. В стадии профазы содержимое ядра клетки заметно меняется. Происходит скручивание, уплотнение длинных волокон хроматина, образование ими петель и спиралей. Если посмотреть в световой микроскоп, то они будут иметь вид отдельных хромосом.
Каждая хромосома на этой стадии состоит из двух хроматид — они находятся рядом одна с другой по всей длине. Происходит отдаление пар центриолей в направлении к противоположным концам клетки, в результате чего образуются два полюса деления. Эти структуры будут участвовать в процессе организации микротрубочек веретена деления.
Начало прометафазы можно охарактеризовать внезапной (в течение 20-30 секунд) дезинтеграцией ядерной оболочки на небольшие везикулы — они очень похожи на везикулы эндоплазматической сети. За счет этого микротрубочка веретена деления получает возможность попасть в ядро. Происходит смешение цитоплазмы и кариоплазмы. Далее происходит еще большее уплотнение хромосом и образование на их центромерах кинетохор — они представляют собой специальные белки, от которых отходят микротрубочки.
Группы миктротрубочек веретена деления вступают во взаимодействие с кинетохорными микротрубочками — благодаря этому хромосомы могут двигаться. Особенностью кинетохорных миктротрубочек является то, что они направлены в разные стороны от двух сестринских хроматид. Поэтому они могут тянуть их в разные стороны, задавая, тем самым, движению хромосом определенное направление.
Клетка находится в стадии метафазы, когда хромосомы располагаются в экваториальной плоскости. Хромосомы, сгруппированные таким способом, называют метафазной пластинкой. В таком положении они находятся благодаря натяжению микротрубочек. Позже присоединенные к кинетохорам микротрубочки начинают растягивать хромосому в разные стороны. Как результат — происходит отделение дочерних хроматид одна от другой. Метафаза обеспечивает хромосомам упорядоченное состояние и четкое строение, поэтому в этой фазе они хорошо видны в световой микроскоп.
На стадии метафазы проводятся исследования на кариотип.
Окончание фазы связано с завершением репликации центромерного участка ДНК и рассоединением хроматид.
Когда наступает анафаза, микротрубочки веретена деления растягивают хроматиды каждой хромосомы одна от другой и перемещают их в противоположные части клетки. Движение хроматид осуществляется с одинаковой скоростью. В дочерних анафазных хромосомах, которые раньше были хроматидами метафазной хромосомы, находится по одной молекуле ДНК.
Эта молекула имеет палочкообразную форму и изгиб около центромеры. Расхождение анафазных хромосом происходит одновременно и достаточно быстро. По завершении анафазы в разных частях поделившейся клетки образуется два полных и равноценных набора хромосом.
Генетическая формула наборов — 2n2c.
На стадии телофазы наборы хромосом располагаются на противоположных концах веретена. Само веретено начинает распадаться. Вокруг каждой группы хромосом происходит слияние везикул и образование новых ядерных оболочек. Осуществляется раскручивание наследственного материала хромосом до состояния хроматина (хроматин свойственен интерфазе). Вновь появляются ядрышки. По завершении всех изменений процесс митоза заканчивается. Образованные ядра вступают в начало следующего клеточного цикла.
Биологическое значение митоза заключается в точном и равномерном распределении генетического наследственного материала между дочерними клетками.
Значение процесса размножения клеток
Размножение или воспроизведение себе подобных — важное свойство всех живых организмов, включая бактерий.
Благодаря этому процессу обеспечивается непрерывное существование во времени всех видов растений и животных, поддерживается их численность и наследственность между поколениями. Возникновение новых клеток возможно только путем деления или размножения уже существующих.
Процесс деления клетки — это то, что определяет рост, индивидуальное развитие и непрерывное самообновление тканей многоклеточных организмов. Поддержание жизни особей многоклеточных организмов обусловлено именно размножением клетки, потому что клетки живут гораздо меньше, чем отдельные особи.
Деление клеток — залог размножения и индивидуального развития организма.
Мы рассмотрели процесс деления клетки кратко.
Почему амитоз называют прямым делением клетки, а митоз — непрямым?
1. Что такое митоз? Какие фазы митоза выделяют?
Митоз — способ непрямого деления клетки, при котором из материнской клетки образуются две дочерние, каждая из которых содержит такой же набор хромосом, как и в материнской клетке. Митоз — основной способ деления эукариотических клеток.
Выделяют четыре последовательные фазы митоза: профазу, метафазу, анафазу и телофазу.
2. Благодаря чему дочерние клетки во время митоза получают идентичную наследственную информацию?
Идентичную наследственную информацию дочерние клетки получают благодаря расхождению в анафазе митоза сестринских хроматид, удвоение которых происходит в синтетический период интерфазы.
3. Каково биологическое значение митоза?
Биологическое значение митоза заключается в увеличении числа клеток, что обеспечивает рост организма, восстановление тканей и органов, бесполое размножение организмов при сохранении генетической преемственности в ряду клеточных поколений и кариотипа особей в пределах вида.
4. Чем амитоз отличается от митоза? Почему амитоз называют прямым делением клетки, а митоз — непрямым?
Амитоз, или прямое деление, — это деление интерфазного ядра путем перетяжки. При амитозе веретено деления не образуется, отсутствуют все четыре фазы, свойственные митозу, спирализации хромосом не происходит, поэтому в световой микроскоп они не видны. Такое деление встречается у некоторых протистов (большое ядро инфузорий), в тканях растущего клубня картофеля, в клетках эндосперма, стенок завязи пестика, печени и хряща, роговицы глаза. Распределение клеточных органоидов, как и ДНК, осуществляется произвольно. Амитоз в отличие от митоза является самым экономичным способом деления, так как энергетические затраты при этом незначительны.
5. Известно, что алкалоид колхицин разрушает веретено деления и тем самым нарушает процесс деления клетки. Будет ли это соединение влиять на деление клеток цианобактерий? Ответ обоснуйте.
Цианобактерии принадлежат к прокариотам, у которых нет митоза. Все они размножаются бинарным делением, при котором нити веретена не образуются. Поэтому колхицин никакого воздействия на деление клеток прокариот не окажет.
6, 7, 8. Каковы причины клеточной гибели? Что такое апоптоз, некроз? Каково значение запрограммированной гибели клеток в жизни организма?
Гибель клеток вызывается разными причинами: повреждением цитоплазматической мембраны, недостатком кислорода и питательных веществ, воздействием повышенных доз радиации, изменением гормонального фона в организме. Погибают клетки и в результате генетически запрограммированной реакции клетки на специфический молекулярный сигнал, приводящий к саморазрушению ядерной ДНК. Этот вид гибели клеток называется апоптозом. Апоптоз обеспечивает удаление клеток из нормально функционирующих тканей, не вызывая при этом повреждения соседних клеток и не запуская воспалительный процесс. Например, так погибают хрящевые клетки эпифизарной пластинки, обеспечивающие рост кости в длину. Апоптоз отличается от случайной гибели клеток — некроза, при котором клетка погибает в результате самопереваривания ферментами лизосом.
Деление клетки митоз
Каждый день в нашем теле происходят незаметные для человеческого глаза и сознания изменения: клетки организма обмениваются друг с другом веществами, синтезируют белки и жиры, разрушаются, взамен них создаются новые.
Если человек случайно порежет руку за готовкой, спустя несколько дней рана затянется, и на ее месте останется лишь белесый шрам, каждые несколько недель наша кожа полностью сменяется, в конце концов, любой из нас когда-то был одной крошечной клеткой и образован многократными её делениями.
В основе всех этих важнейших процессов, без которых невозможна была бы сама жизнь, лежит митоз. Ему можно дать краткое определение: митоз (также его называют кариокинезом) – это непрямое деление клетки, с помощью которого образуются две клетки, совпадающие с исходной по генетическому набору.
Биологическое значение и роль митоза
Для митоза типично копирование информации, содержащейся в ядре в виде молекул ДНК, причем в генетический код не вносится никаких изменений, в отличие от мейоза, поэтому из материнской клетки образуются две дочерние, абсолютно идентичные ей, обладающие такими же свойствами.
Таким образом, биологический смысл митоза содержится в поддержании генетической неизменности и постоянства свойств клеток.
Клетки, прошедшие через митотическое деление, имеют в себе генетическую информацию о строении всего организма, поэтому его развитие вполне возможно из одной-единственной клетки. Это является основой вегетативного размножения растений: если взять клубень картофеля или лист, сорванный с фиалки, и поместить в подходящие условия, удастся вырастить целое растение.
В сельском хозяйстве важно сохранять постоянную урожайность, плодовитость, устойчивость к вредителям и условиям среды, потому понятно, почему по возможности используется именно вегетативный способ размножения растений.
Также с помощью митоза происходит процесс регенерации – замены клеток и тканей. При повреждении или утрате части тела клетки начинают активно делиться, заменяя собой утраченные.
Особо впечатляет регенерация у гидры – небольшого кишечнополостного животного, обитающего в пресной воде.
Длина гидры – несколько сантиметров, на одном конце тела у неё располагается подошва, с помощью которой она прикрепляется к субстрату, а на другом щупальца, служащие для захватывания пищи.
Если разрезать тело на несколько частей, каждая из них будет способна восстановить недостающую, причем с сохранением пропорций и формы.
К сожалению, чем сложнее устроен организм, тем слабее у него выражена регенерация, потому более развитые животные, в том числе и люди, могут о подобном и не мечтать.
Стадии и схема митоза
Всю жизнь клетки можно уложить в шесть фаз в следующей последовательности:
Нажмите для увеличения
Причем сам процесс деления состоит из последних пяти.
Кратко митоз можно описать так: клетка создает и копит вещества, происходит удвоение ДНК в ядре, хромосомы выходят в цитоплазму, чему предшествует их спирализация, размещаются на экваторе клетки и растаскиваются в виде дочерних хромосом к полюсам с помощью нитей веретена деления.
После все органоиды материнской клетки делятся примерно пополам, образуются две дочерних. Их генетический набор остается прежним:
Стоит отметить: в человеческом организме все клетки, исключая половые, содержат удвоенный набор хромосом (они называются соматическими), потому митоз происходит только в диплоидной форме.
Гаплоидный митоз присущ растительным клеткам, в частности, гаметофитам, например, ростку папоротника в виде сердцевидной пластинки, листостебельному растению у мхов.
Общую схему митоза можно изобразить следующим образом:
Интерфаза
Самому митозу предшествует длительная подготовка (интерфаза), и именно поэтому такое деление называется непрямым.
В эту фазу происходит собственно жизнь клетки. Она синтезирует белки, жиры и АТФ, копит их, растёт, увеличивает количество органоидов для последующего деления.
Стоит отметить: в интерфазе клетки находятся около 90% времени своей жизни.
Она состоит из трех этапов в следующей очередности: пресинтетический (или G1), синтетический (S) и постсинтетический (G2).
В пресинтетический период происходит основной рост клетки и накопление энергии в АТФ для будущего деления, хромосомный набор составляет 2n2c (где n – количество хромосом, а c – число молекул ДНК). Важнейшее событие синтетического периода – удвоение (или репликация, или редупликация) ДНК.
Это происходит следующим образом: связи между соответственными друг другу азотистыми основаниями (аденин – тимин и гуанин – цитозин) разрываются с помощью специального фермента, а затем каждая из одинарных цепей достраивается до двойной по правилу комплементарности. Этот процесс изображен на следующей схеме:
Таким образом хромосомный набор становится 2n4c, то есть появляются пары двухроматидных хромосом.
В постсинтетический период интерфазы происходит окончательная подготовка к митотическому делению: количество органоидов увеличивается, также удваиваются центриоли.
Профаза
Главный процесс, с которого начинается профаза – это спирализация (или скручивание) хромосом. Они становятся более компактными, уплотняются, и в конце концов их возможно разглядеть в самый обычный микроскоп.
Затем образуется веретено деления, состоящее из двух центриолей с микротрубочками, расположенными на разных полюсах клетки. Генетический набор, несмотря на изменение формы материала, остаётся прежним – 2n4c.
Прометафаза
Прометафаза является продолжением профазы. Её главное событие – это разрушение оболочки ядра, в результате которого хромосомы выходят в цитоплазму, располагаются в зоне бывшего ядра. Затем они размещаются в линию в экваториальной плоскости веретена деления, на чем прометафаза завершается. Набор хромосом не изменяется.
Метафаза
В метафазу хромосомы спирализуются окончательно, потому обычно их изучение и подсчет ведется именно в эту фазу.
Затем к хромосомам, расположенным на экваторе клетки, с её полюсов «тянутся» микротрубочки и присоединяются к ним, готовые растащить в разные стороны.
Анафаза
После прикрепления к хромосоме концов микротрубочек с разных сторон, происходит их одновременное расхождение. Каждая хромосома «разрывается» на две хроматиды, и с этого момента они называются дочерними хромосомами.
Нити веретена укорачиваются и тянут дочерние хромосомы к полюсам клетки, при этом хромосомный набор составляет в сумме 4n4c, а у каждого полюса – 2n2c.
Телофаза
Телофаза завершает митотическое деление клетки. Происходит деспирализация – раскручивание хромосом, приведение их в вид, в котором с них возможно считывать информацию. Ядерные оболочки заново образуются, а веретено деления разрушается за ненадобностью.
Завершается телофаза разделением цитоплазмы и органоидов, отделением дочерних клеток друг от друга, формированием у каждой из них клеточных оболочек. Теперь эти клетки вполне самостоятельны, и каждая из них вступает заново в первую фазу жизни – интерфазу.
Заключение
Этой теме в биологии уделяется большое внимание, на уроках в школе ученики должны понять, что с помощью митоза все эукариотические организмы размножаются, растут, восстанавливаются после повреждений, без него не обходится ни одно обновление клеток или регенерация.
Что немаловажно, митоз обеспечивает постоянство генов в ряду поколений, а значит и неизменность свойств, лежащую в основе наследственности.