Клітинний цикл. Поділ клітини

Клітинний цикл – це період існування клітини від одного поділу до іншого. Він складається з періодів поділу та перерви між ними (інтерфази). Тривалість клітинного циклу у різних організмів неоднакова: у бактерій за оптимальних умов вона становить 20-30 хвилин, у клітин еукаріот – 10-80 годин і більше.

Інтерфаза – період між поділами клітини або від поділу клітини до її загибелі. Останнє явище спостерігається у багатоклітинних організмів, окремі клітини яких втрачають здатність ділитися (нейрони, дозрілі клітини).

В інтерфазі відбуваються процеси росту, подвоєння молекул ДНК, синтезу білків та інших органічних сполук, розмноження мітохондрій і пластид, розростання ендоплазматичної сітки. У цей час інтенсивно акумулюється енергія, необхідна для забезпечення наступного поділу клітини. Тривалість інтерфази становить до 90% часу всього клітинного циклу.

Мітоз

Мітоз (від грецьк. мitos – нитка) – основний спосіб поділу еукаріотичних клітин. У результаті кожна з дочірніх клітин отримує такий набір хромосом, який був у материнській клітині. Фази мітозу такі: профаза, метафаза, анафаза, телофаза. 

                                                                                             Значення мітозу:

Генетична стабільність. У результаті мітозу виникають два ядра, кожне з яких містить стільки ж хромосом, скільки їх було в батьківському ядрі. Оскільки хромосоми походять він батьківських хромосом точною реплікацією ДНК, їхні гени містять однакову генетичну інформацію. Дочірні клітини ідентичні батьківській клітині, так що ніяких змін у генетичну інформацію мітоз внести не може. Тому популяції клітин (клони), що походять від тих самих батьківських клітин, генетично стабільні. Тривалість мітозу. Весь процес мітозу в тваринних клітинах займає від 0,5 до 2 годин залежно від типу клітин, у тому числі профаза продовжується 20–60 хв., Рис. 63. Анафаза мітозу метафаза — 2–15 хв., анафаза — 2–14 хв., телофаза — 9–35 хв. У холоднокровних тварин і рослин тривалість фаз мітозу дещо більша.

Мейоз

Мейоз (від грецьк. meiosis — зменшення) — форма поділу ядра, що супроводжується зменшенням кількості хромосом від диплоїдного (2n) до гаплоїдного (n), тому мейоз називається ще редукційним поділом. Як і при мітозі, під час інтерфази відбувається реплікація ДНК у батьківській клітині, однак за цим відбуваються два цикли поділу ядра і поділу клітин, відомі як перший поділ мейозу (мейоз I) і другий поділ мейозу (мейоз II). Отже, одна диплоїдна клітина дає початок чотирьом гаплоїдним клітинам. Мейоз відбувається при утворенні сперміїв і яйцеклітин (гаметогенез) у тварин і при утворенні спор у рослин та деяких мікроорганізмів.

Біологічне значення мейозу:

Забезпечується сталість числа хромосом, яке є специфічним для кожного виду. Утворюються численні нові комбінації негомологічних хромосом. В диплоїдному наборі вони походять з двох джерел: одна – від батька, друга – від матері. В ході мейозу, в гаметах вони утворюють нові сполучення, число яких дорівнює 2n , так у дрозофіли 4 пари хромосом, що дає 2 4 = 16 нових сполучень, а у людини – 2 23 = 8 388 608 нових сполучень. В ході кросинговеру також відбувається рекомбінація генетичного матеріалу, коли хромосоми мають такі ділянки, які переходять з материнських до батьківських хромосом. Отже, досягається ще значніша перекомбінація спадкового матеріалу. Тобто, це ще одна з причин мінливості, яка створює матеріал для добору.

Амітоз

Амітоз (гр.a - заперечення, mitos - нитка) - прямий поділ інтерфазного ядра шляхом перетяжки без утворення хромосом, за межами мітотичного цикла. Амітоз може супроводжуватись поділом клітини, а також обмежуватись поділом ядра без цитотомії, що приводить до утворення дво- і багатоядерних клітин. Амітоз зустрічається в різних тканинах у спеціалізованих, приречених на загибель клітинах, особливо в клітинах зародкових оболонок ссавців. Клітина після амітозу в подальшому не здатна вступити в нормальний мітотичний цикл.

Бінарний поділ

Просте бінарне поділ являє собою розподіл клітини надвоє. Перед поділом клітини відбувається реплікація і утворюються дві однакові молекули ДНК, кожна з яких прикріплена до цитоплазматичної мембрані. При розподілі клітини цитоплазматическая мембрана вростає між двома молекулами ДНК таким чином, що в підсумку ділить клітину надвоє.

Профаза –  фаза спіралізації двохроматидних хромосом. У профазі відбуваються такі процеси:

■ спіралізація (конденсація), тобто вкорочення і потовщення двохроматидних хромосом;

■ розходження центріолей до полюсів;

■ зменшення і зникнення ядерця (ядерець);

■ розпад на фрагменти ядерної оболонки;

■ формування веретена поділу  –  системи мікротрубочок у клітині, яка ділиться. Забезпечує розходження хромосом у мітозі і мейозі.

Метафаза  – фаза розташування двохроматидних хромосом на екваторі клітини.

■ У метафазі хромосоми розташовуються на екваторі.

Анафаза – фаза розходження однохроматидних хромосом до полюсів клітин.

■ В анафазі хромосоми поділяються на окремі хроматиди і розходяться до полюсів клітини.

Профаза І  –  фаза спіралізації (конденсації) двохроматидних хромосом. Вона є найтривалішою за часом у мейозі, під час неї відбувається ряд процесів.

■ Спіралізація двохроматидних хромосом. Хромосоми вкорочуються й ущільнюються та набувають вигляду паличкоподібних структур;

■ Кон'югація (зближення і злиття ділянок гомологічних хромосом) і кросинговер (обмін певними ділянками між гомологічними хромосомами). У результаті кросинговеру утворюються нові комбінації спадкового матеріалу. Таким чином, кросинговер є одним із джерел спадкової мінливості. Через певний час гомологічні хромосоми починають відходити одна від одної;

■ Розходження центріолей до полюсів;

■ Зникнення ядерець;

■ Розпад ядерної оболонки на фрагменти;

■ Формування веретена поділу.

Метафаза І  –  фаза розташування тетрад на екваторі:

■ короткі нитки прикріплюються до центромер лише з одного боку і хромосоми розташовуються двома лініями;

■ на екваторі клітини розташовуються тетради.

Анафаза І  –  фаза розходження двохроматидних гомологічних хромосом.

■ кожна тетрада розділюється на двохроматидні хромосоми;

■ нитки веретена поділу скорочуються і розтягують двохроматидні хромосоми до полюсів. Наприкінці анафази біля кожного з полюсів клітини опиняється гаплоїдний (половинний) набір хромосом. Розходження хромосом кожної пари є подією випадковою, що є ще одним джерелом спадкової мінливості.

Телофаза І  –  фаза деспіралізації двохроматидних хромосом:

■ утворення двох клітин з гаплоїдним набором двохроматидних хромосом;

■ у клітинах тварин та деяких рослин хромосоми деспіралізуються і поділяється цитоплазма материнської клітини, але в клітинах більшості видів рослин цитоплазма не ділиться.

■ Результатом Мейозу І є утворення з однієї материнської клітини двох дочірніх клітин з гаплоїдним набором двохроматидних хромосом.

Інтерфаза між поділами мейозу коротка або відсутня, оскільки синтез ДНК не відбувається.

II етап – мітотичний, або Мейоз II

Профаза II – фаза спіралізації двохроматидних хромосом.

Метафаза II  –  фаза розташування двохроматидних хромосом на екваторі.

■ короткі нитки прикріплюються до центромер;

■ на екваторі клітини в один ряд розташовуються двохроматидні хромосоми.

Анафаза II  –  фаза розходження однохроматидних хромосом до полюсів клітин:

■ кожна хромосома розділюється на хроматиди;

■ нитки веретена поділу скорочуються і розтягують хроматиди до полюсів.

Телофаза II  –  фаза деспіралізації однохроматидних хромосом:

■ утворення двох клітин з гаплоїдним набором однохроматидних хромосом.

Отже, загальним результатом мейозу є утворення з однієї материнської клітини 4 дочірніх клітин з гаплоїдним набором однохроматидних хромосом.