Размножение картофеля клубнями называют клон это совокупность клеток перекрест хромосом происходит

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 21.09.2024

Совокупность хромосом, содержащихся в ядре, называется хромосомным набором. Число хромосом в клетке и их форма постоянны для каждого вида живых организмов.

Число (диплоидный набор) хромосом у некоторых видов растений и животных

Пшеница твёрдая	28	Гидра	32
Пшеница мягкая	42	Дождевой червь	36
Рожь	14	Таракан	48
Кукуруза	20	Пчела	16
Подсолнечник	34	Дрозофила	8
Картофель	48	Кролик	44
Огурец	14	Шимпанзе	48
Яблоня	34	Человек	46

Соматические клетки обычно диплоидны (содержат двойной набор хромосом — 2n). В этих клетках хромосомы представлены парами. Диплоидный набор хромосом клеток конкретного вида живых организмов, характеризующийся числом, размером и формой хромосом, называют кариотипом. Хромосомы, принадлежащие к одной паре, называются гомологичными. Одна из них унаследована от отцовского организма, другая — от материнского. Хромосомы разных пар называются негомологичными. Они отличаются друг от друга размерами, формой, местами расположения первичных и вторичных перетяжек. Хромосомы, одинаковые у обоих полов, называются аутосомами. Хромосомы, по которым мужской и женский пол отличаются друг от друга, называются половыми, или гетерохромосомами. В клетке человека содержится 46 хромосом или 23 пары: 22 пары аутосом и 1 пара половых хромосом. Половые хромосомы обозначают как X- и Y-хромосомы. Женщины имеют две X-хромосомы, а мужчины одну Х- и одну Y-хромосому.
Половые клетки гаплоидны (содержат одинарный набор хромосом — n). В этих клетках хромосомы представлены в единственном числе и не имеют пары в виде гомологичной хромосомы.

Деление клеток

Хромосомный набор

Хромосомный набор — совокупность хромосом, содержащихся в ядре. В зависимости от хромосомного набора клетки бывают соматическими и половыми.

Соматические и половые клетки

Тип	Хромосомный набор	Характеристика
Соматические	2n	Диплоидны — содержат двойной набор хромосом. В этих клетках хромосомы представлены парами. Хромосомы, принадлежащие к одной паре, называются гомологичными.
Половые	1n	Гаплоидны — содержат одинарный набор хромосом. В этих клетках хромосомы представлены в единственном числе и не имеют пары в виде гомологичной хромосомы.

Клеточный цикл

Клеточный цикл (жизненный цикл клетки) — существование клетки от момента её возникновения в результате деления материнской клетки до её собственного деления или смерти. Продолжительность клеточного цикла зависит от типа клетки, её функционального состояния и условий среды. Клеточный цикл включает митотический цикл и период покоя.
В период покоя (G₀) клетка выполняет свойственные ей функции и избирает дальнейшую судьбу — погибает либо возвращается в митотический цикл. В непрерывно размножающихся клетках клеточный цикл совпадает с митотическим циклом, а период покоя отсутствует.
Митотический цикл состоит из четырёх периодов: пресинтетического (постмитотического) — G₁, синтетического — S, постсинтетического (премитотического) — G₂, митоза — М. Первые три периода — это подготовка клетки к делению (интерфаза), четвёртый период — само деление (митоз).

Интерфаза — подготовка клетки к делению — состоит из трёх периодов.

Периоды интерфазы

Периоды	Число хромосом и хроматид	Процессы
Пресинтетический (G₁)	2n2c	Увеличивается объем цитоплазмы и количество органоидов, происходит рост клетки после предыдущего деления.
Синтетический (S)	2n4c	Происходит удвоение генетического материала (репликация ДНК), синтез белковых молекул, с которыми связывается ДНК, и превращение каждой хромосомы в две хроматиды.
Постсинтетический (G₂)	2n4c	Усиливаются процессы биосинтеза, происходит деление митохондрий и хлоропластов, удваиваются центриоли.

Деление эукариотических клеток

Основой размножения и индивидуального развития организмов является деление клетки.
Эукариотические клетки имеют три способа деления:

амитоз (прямое деление),
митоз (непрямое деление),
мейоз (редукционное деление).

Амитоз — редкий способ деления клетки, характерный для стареющих или опухолевых клеток. При амитозе ядро делится путём перетяжки и равномерное распределение наследственного материала не обеспечивается. После амитоза клетка не способна вступать в митотическое деление.

Митоз

Митоз — тип клеточного деления, в результате которого дочерние клетки получают генетический материал, идентичный тому, который содержался в материнской клетке. В результате митоза из одной диплоидной клетки образуется две диплоидные, генетически идентичные материнской.

Митоз состоит из четырёх фаз.

Фазы митоза

Фазы	Число хромосом и хроматид	Процессы
Профаза	2n4c	Хромосомы спирализуются, центриоли (у животных клеток) расходятся к полюсам клетки, распадается ядерная оболочка, исчезают ядрышки, и начинает формироваться веретено деления.
Метафаза	2n4c	Хромосомы, состоящие из двух хроматид, прикрепляются своими центромерами (первичными перетяжками) к нитям веретена деления. При этом все они располагаются в экваториальной плоскости. Эта структура называется метафазной пластинкой.
Анафаза	2n2c	Центромеры делятся, и нити веретена деления растягивают отделившиеся друг от друга хроматиды к противоположным полюсам. Теперь разделённые хроматиды называются дочерними хромосомами.
Телофаза	2n2c	Дочерние хромосомы достигают полюсов клетки, деспирализуются, нити веретена деления разрушаются, вокруг хромосом образуется ядерная оболочка, ядрышки восстанавливаются. Два образовавшихся ядра генетически идентичны. После этого следует цитокинез (деление цитоплазмы), в результате которого образуются две дочерние клетки. Органоиды распределяются между ними более или менее равномерно.

Биологическое значение митоза:

достигается генетическая стабильность;
увеличивается число клеток в организме;
происходит рост организма;
возможны явления регенерации и бесполого размножения у некоторых организмов.

Мейоз

Мейоз — тип клеточного деления, сопровождающийся редукцией числа хромосом. В результате мейоза из одной диплоидной клетки образуется четыре гаплоидных, генетически отличающиеся от материнской. В ходе мейоза происходит два клеточных деления (первое и второе мейотические деления), причём удвоение числа хромосом происходит только перед первым делением.

Как и митоз, каждое из мейотических делений состоит из четырёх фаз.

Фазы мейоза

Биологическое значение мейоза:

основа полового размножения;
основа комбинативной изменчивости.

Деление прокариотических клеток

Картофель является самым популярным сельскохозяйственным незерновым растением. Больше 200 млн тонн картошки в год съедают люди во всём мире. Поэтому учёные давно работают над её селекцией, однако особых успехов всё ещё не добились из-за некоторых особенностей растения, которые делают затруднительным селекционные работы. Несмотря на активные попытки улучшить сорта картофеля или вывести новые, он по-прежнему подвержен различным болезням и вредителям.

Однако в 2011 году учёными был расшифрован геном картошки. По их словам, это открытие можно сравнить с расшифровкой генома человека. Проникновение в тайны картофельной наследственности означает возможность улучшить растение, повысить его иммунитет к болезням и вредителям, а также урожай и вкусовые качества клубней, увеличить сопротивляемость холоду и засухам.

Геном овоща

Международный коллектив генетиков работал над этой задачей. Они полностью определили все последовательности нуклеотидов ДНК и провели цитогенетические исследования. В результате исследований были определены характеристики каждой хромосомы, их длина и последовательность, то есть расшифрован кариотип картофеля.

Выяснено, что в геноме содержится 39 тыс. генов в 12 хромосомах. В данном случае 12 — количество хромосом в гаплоидном наборе, обозначаемом буквой n, то есть в зрелых половых клетках. В соматических клетках их число обычно вдвое больше, такие хромосомные наборы называются диплоидными и обозначают 2 n. Уменьшение хромосомного набора в половых клетках объясняется тем, что при половом размножении для образования нового организма половина хромосом должна быть от отца, а половина — от матери.

Кариотип картофеля

К сожалению, часто встречается ошибочное мнение, что картофель — диплоид, а гаплоидный его набор выглядит как n24. Но на самом деле, картофель — тетраплоид, это означает, что в его клетках одновременно имеется 4 гаплоидных набора. Значит всего в клетке картошки 4 n — 48 хромосом.

Можно сделать вывод что картофель один из лидеров по величине хромосомного набора, ведь среди агрономических культур, ведь для растений это внушительное число. Для сравнения приведем количество хромосом у других культур:

Мягкая пшеница — 42,
Томат — 24,
Кукуруза — 20,
Рожь — 14.

Сказанное справедливо для окультуренного картофеля. Его дикие виды часто диплоидны и имеют набор из 24 хромосом (в половых клетках — n12).

Подводя итоги, можно обобщить вышесказанное:

Гаплоидный набор культурных сортов картофеля — n 12,
Тетраплоидный (полный) набор культурных сортов картофеля — 4 n 48,
Встречаются дикие формы картофеля с диплоидным набором — 2 n 24.

Особенности хромосомных наборов

Стоит отметить одну особенность растений, применимую и к картофелю. Число хромосом у них может иметь значительные отличия даже в одном семействе. В некотором смысле это минус, ведь с увеличением их количества, называемым полиплодностью, растёт и вероятность мутаций при делении клетки, а также бесплодия растения.

Также необходимо заметить, что наряду с числом может изменяться и форма хромосом. Это происходит в зависимости от состояния физиологии клетки, её роли в организме и действия внешних факторов. Например, под влиянием высокой или низкой температуры хромосомы могут удлиниться или укоротиться. Если на них воздействует радиация, то может произойти распад хромосомы и выпадение их из набора. Подобные нарушения кариотипа не означают, что нарушается правило его постоянства для конкретного вида или другой таксономической единицы, мутации — всего лишь исключение из него.

Ещё один интересный факт — количество хромосом может меняться в результате наличия в кариотипе добавочных B-хромосом. Они встречаются, например, у кукурузы, и их число в клетке может достигать 34. Их количество не слишком заметно, однако, если их присутствует более десятка в одной клетке, рост растения замедляется, понижается количество плодов, наблюдаются аномалии развития. У культурных форм растений таких хромосом обычно меньше, чем у диких.

Конъюгация — сближение хромосом при мейозе; половой процесс, заключающийся в частичном обмене наследственной информации. Гаплоидные гаметы, образовавшиеся при делении диплоидной клетки путём мейоза, содержат по одной хромосоме каждой гомологичной пары (отцовского или материнского происхождения), т.е. только половину исходного числа хромосом. В связи с этим к аппарату клеточного деления здесь предъявляется дополнительное требование: гомологи должны узнавать

друг друга и соединяться в пары, перед тем как они выставятся на экваторе веретена. Такое спаривание, или конъюгация, гомологичных хромосом материнского и отцовского происхождения происходит только в мейозе. Во время первого деления мейоза происходит репликация ДНК, и каждая хромосома состоит после этого из двух хроматид, гомологичные хромосомы конъюгируют по всей своей длине, и между хроматидами спаренных хромосом происходит кроссинговер.

Передача наследственной информации следующему поколению осуществляется благодаря способности ДНК к удвоению (редупликации). Специальный фермент раскручивает молекулу ДНК, водородные связи между основаниями разрываются и цепи расходятся. Затем на каждой цепи ДНК фермент ДНК-полимераза по принципу комплементарности строит новую цепь. В итоге образуются две совершенно идентичные молекулы ДНК, в каждой из которых одна цепь является материнской (матричной), а вторая — дочерней. Такой способ (редупликации) называется полуконсервативным. В дальнейшем в процессе деления образовавшиеся молекулы ДНК распределяются между дочерними клетками, обеспечивая точную передачу наследственной информации.

Оплодотворение — процесс слияния мужской и женской половых клеток (гамет), в результате которого образуется оплодотворённая яйцеклетка (зигота). То есть из двух гаплоидных гамет образуется одна диплоидная клетка (зигота). У цветковых растений, кроме слияния гаплоидных гамет — одного из спермиев с яйцеклеткой, и образования диплоидной зиготы, из которой развивается зародыш семени, происходит слияние второго спермия с диплоидной вторичной клеткой и образование триплоидных клеток, из которых образуется эндосперм. Этот процесс называется двойным оплодотворением.

Для некоторых групп организмов характерны так называемые нерегулярные типы полового размножения (без оплодотворения): партеногенез, гиногенез, андрогенез, апомиксис.

Споры у бактерий и грибов служат для размножения и расселения.

Клетка бактерии покрыта плотной оболочкой, образованной полимерным углеродом муреином. Некоторые виды образуют при неблагоприятных условиях споры — слизистую капсулу, препятствующую высыханию клетки. Сохраняют жизнеспособность в течение сотен и даже тысячи лет. Выдерживают колебания температуры от — 243 до 140°С. При наступлении благоприятных условий споры прорастают и дают начало новой бактериальной клетке. Клеточная стенка может образовывать выросты, способствующие объединению бактерий в группы, а так же их конъюгации. Наследственный материал содержится в нуклеотиде виде кольцевой молекулы ДНК. Бесполое размножение грибов связано со спорообразованием. Споры образуются в спорангиях или на концах гиф.

Бесполое размножение — размножение, осуществляющееся с участием лишь одной особи. Различают собственно бесполое и вегетативное размножение. Собственно бесполое размножение свойственно простейшим животным (амёба, инфузория-туфелька, эвглена зелёная), у которых оно осуществляется в результате митотического деления клеток. Из многоклеточных животных бесполое размножение характерно для сидячей формы — полипов, образующих колонии. У растений при бесполом размножении образуются споры и зооспоры. Споры обычно характерны для сухопутных растений, зооспоры, имеющие жгутики, − для водных. Бесполым путём размножаются грибы, водоросли, при этом из спор может вырасти такая же особь. Бесполое размножение обычно обеспечивает увеличение численности генетически однородного потомства.

Гаметы — половые клетки. Имеют вдвое меньшее число хромосом, чем соматические (клетки тела) клетки. У животных образуются в результате мейоза, а у высших растений — в результате митоза.

Прививка в зарез — самая простая и эффективная разновидность боковой прививки. Она широко используется для размножения листопадных и вечнозеленых растений.

Этот способ заключается в прививке черенка сбоку подвоя в зарез или в защеп (в боковой срез). Верх подвоя при этом может оставаться целым или срезаться на шип. Прививку в боковой зарез применяют на подвоях любой толщины. При прививке достигается большая прочность срастания привоя с подвоем.

У некоторых видов организмов встречается особая форма полового размножения — без оплодотворения. Такое развитие называют партеногенезом, или девственным развитием.

В яйцеклетке, готовой к оплодотворению, содержится половинный набор хромосом. Созревшая для оплодотворения яйцеклетка делится на две половинки. Затем, объединившись, яйцеклетка с полным набором хромосом начинает дробиться. Образуется эмбрион. В этом случае дочерний организм развивается из неоплодотворённой яйцеклетки на основе генетического материала одного из родителей, и образуются особи только одного пола. Естественный партеногенез даёт возможность резкого увеличения численности потомства и существует в тех популяциях, где контакт разнополых особей затруднён. Партеногенез встречается у животных разных систематических групп: у пчёл, тлей, низших ракообразных, скальных ящериц и даже у некоторых птиц (индеек).

На рисунке изображён процесс

Летом на теле гидры появляется небольшой бугорок (почка), который быстро растёт и вытягивается. Через некоторое время появляются выросты (щупальца), а между ними образуется рот. Почка у основания материнского организма перешнуровывается и когда маленькая гидра подрастает, она падает на дно и живёт самостоятельно.

После обильного процесса почкования организм гидры истощается. Некоторое время на ней не образуется почек, но если питания достаточно, процесс почкования восстанавливается довольно быстро.

У цветковых растений в результате двойного оплодотворения из оплодотворённой центральной клетки образуется.

Эндосперм — ткань внутри семени, выполняющая запасающую функцию. В семени голосеменных эндосперм гаплоидный (1n), он образуется до оплодотворения из мегаспоры и является женским гаметофитом.

Эндосперм — ткань внутри семени, выполняющая запасающую функцию. В семени голосеменных эндосперм гаплоидный (1n), он образуется до оплодотворения из мегаспоры и является женским гаметофитом. У покрытосеменных (цветковых эндосперм триплоидный (3n)), образующийся в результате двойного оплодотворения оплодотворённого центрального ядра зародышевого мешка. За счёт эндосперма питается зародыш семени, поглощая запасные углеводы, белки, жиры.

Триплоидность ядер клеток эндосперма, несущих наследственную информацию материнского и отцовского организмов, повышает приспособленность молодого растения к различным условиям среды.

На рисунке изображён процесс

Это естественное опыление. Кроме того, существует искусственное опыление, производимое человеком для селекционных или производственных целей.

Опыление — процесс переноса пыльцы с помощью ветра или насекомых. Наблюдается у семенных растений. Подразделяется:

Тип опыления	Пример
Перекрёстное	Рожь, кукуруза, огурец.
Самоопыление	Горох, ячмень.

Бесполое размножение — это тип размножения который происходит без образования специализированных половых клеток (гамет), и для его осуществления необходим только один организм. Новая особь развивается из одной или нескольких соматических клеток (неполовых) материнского организма и является его абсолютной копией. Генетически однородное потомство, происходящее от одной родительской особи называют клоном.

Бесполое размножение является наиболее древней формой размножения, поэтому особенно широко оно распространено у одноклеточных организмов, но встречается и среди многоклеточных.

Яйцеклетки неподвижны, имеют шаровидную форму. Они крупнее других клеток и содержат запас питательных веществ для развития зародыша. Намного крупнее сперматозоидов, покрыты двумя оболочками — желточной (производное цитоплазмы) и белковой. Размеры яйцеклеток различны у разных видов животных: от нескольких микрометров (у млекопитающих) до нескольких сантиметров (у птиц).

На рисунке изображён процесс

Прививки растений — пересадка отрезка побега (черенка) или почки (глазка) одного растения — привоя на другое — подвой (укоренённое растение). Основные способы прививки:

Способ	Прививка
Окулировка	Прививка глазками
Черенком	Копулировкой, в расщеп, под кору
Аблактировка	Сближение и соединение побегов соседних растений
Частями плодов, клубней, луковиц, зародышем семени и др. Прививка за кору самая простая, выполняется после начала сокодвижения.

Прививки применяют как для вегетативного размножения, так и для закрепления около сортовых особенностей, ускорения плодоношения, лечения растений, создания декоративных форм. Всего известно 400 способов прививок, но применяют 10-15.

Обзор

Автор

Редакторы

Спонсором приза зрительских симпатий выступила компания BioVitrum.

Сегодня существует ряд этических преград для дальнейшего развития клонирования, тем более в отношении человека. Некоторые мировые религии считают клонирование человека недопустимым. В некоторых странах клонирование запрещено вообще. В части стран запрещено клонирование, при котором воспроизводится целый многоклеточный организм [3].

Клонирование в биологии — это появление естественным или искусственным путем нескольких генетически идентичных живых организмов. Термин в том же смысле нередко применяют по отношению к одноклеточным организмам и клеткам многоклеточных организмов.

Естественное клонирование

В действительности, клонирование свойственно и растительному, и животному мирам. Например, вегетативное размножение растений, деление бактерий, клональное размножение ящериц. В том числе рождение близнецов у людей — тоже пример естественного клонирования.

Искусственное клонирование

Это группа методов, при которых целенаправленно создаются клоны молекул, клеток, многоклеточных организмов.

Бактериальное клонирование — это целенаправленное создание и выращивание бактериальных клонов для биотехнологий.

Молекулярное клонирование, при котором получают клоны фрагмента ДНК, а затем вставляют в необходимые клетки.

Искусственное клонирование многоклеточных организмов. При этом виде клонирования можно создать клоны клеток, тканей, целого органа или даже организма. Именно искусственное клонирование многоклеточных организмов является предметом споров и разногласий научного сообщества, религии, и предметом этой статьи.

Немного о биологии размножения многоклеточных организмов

Совокупность наследственного материала клетки называется геномом. Многоклеточные организмы — эукариоты. Одной из особенностей эукариотических клеток является то, что наследственный материал находится в ядре клетки в виде хромосом, а также в виде кольцевидной ДНК в митохондриях.

Хромосома — нитевидная структура, состоящая из ДНК и белков. Именно ДНК несет генетическую информацию. Например, в ядре клеток человека содержится 23 пары хромосом (то есть всего 46) [4]. В половых клетках человека содержится половина — 23 хромосомы. При соединении двух половых клеток — маминой и папиной — получается клетка зигота с 46-ю хромосомами (рис. 1). Зигота дает начало всем будущем клеткам и тканям организма. Таким образом, в естественных условиях все клетки многоклеточного организма несут генетическую информацию от своих отца (мужской гаметы) и матери (женской гаметы) [5]. Клетки, содержащие 23 хромосомы, называются гаплоидными, а содержащие все 46 хромосом — диплоидными. В организме млекопитающих все клетки, кроме половых, являются диплоидными соматическими [4], [6].

Рисунок 1. Результат оплодотворения — зигота человека

У разных млекопитающих — разное количество хромосом (см. табл.).

Название млекопитающего	Количество хромосом диплоидного набора	Количество хромосом гаплоидного набора
Человек	46	23
Шимпанзе	48	24
Овца	54	27

Немного истории клонирования

У клонирования сложный и тернистый путь.

В 40-х годах прошлого века советский ученый-эмбриолог Г.В. Лопашов проводил эксперименты по переносу клеточных ядер в энуклеированную (лишенную ядра) яйцеклетку земноводных. Аналогичные работы с земноводными проводили эмбриологи Т. Кинг и Р. Бриггс в США. В 50-х годах английский эмбриолог Д. Гордон пересаживал ядра соматических клеток в яйцеклетки лягушки. В 1963 году Тонг Дизхоу получал клоны карпа. В 1975 году были опубликованы результаты успешной работы Д. Бромхола по клонирования кроликов. В 1983 году Л.А. Слепцова и ее коллеги клонировали костистых рыб (вьюнов). В 80-х годах прошлого столетия ученый С. Вилладсен провел серию успешных опытов по клонированию сельскохозяйственных животных путем переноса в яйцеклетку ядра зародыша. В 1997 году Йэн Уилмат и Кейт Кэмпбелл из Шотландии объявили о прорыве: проведено клонирование овцы с использованием соматической, не зародышевой, клетки [1], [7]!

Долли — самка овцы, первое млекопитающее, которое смогли клонировать из зрелой соматической клетки путем замещения ядра. Технология получения этого клона была следующей.

Рисунок 2. Схема клонирования овцы Долли

Например, клонирование может помочь получить животных и растения с необходимыми параметрами, такими как плодовитость, устойчивость к болезням. Опыты с клонированием могут помочь в лечении болезней. Очень интересной является перспектива использования клонирования для восстановления популяции вымерших или вымирающих видов. Отдельного внимания заслуживают опыты терапевтического клонирования — получение культуры стволовых клеток для разработки новых методов терапии тяжелых заболеваний, например, онкологических [7].

Одним из основных свойств всех живых существ считается размножение. Оно позволяет им выжить и сохранить многообразие видов. Способы размножения организмов могут различаться, однако, основой их считается деление клетки. Причем не всегда этот процесс предполагает размножение. Иногда он нужен с целью замены погибших клеток в поврежденных тканях или органах. Сегодня мы познакомимся с жизненным циклом клетки и основными типами деления.

План урока:

Жизненный цикл клетки

Вследствие обмена веществ и энергии клетка все время трансформируется, совершается ее развитие, получившее название жизненного цикла клетки [1] . Продолжается он до ее смерти или вступления в другое клеточное деление.

В соответствии со специализацией клетки имеют разную продолжительность стадий жизненного цикла. К примеру, нервные клетки работают на протяжении всей жизни многоклеточного организма, не делясь. Другие клетки – крови, эпидермиса – быстро погибают, и по этой причине они осуществляют постоянное деление.

О начале апоптоза свидетельствуют следующие признаки:

2. Объем цитоплазмы уменьшается;

3. У ядерной мембраны происходит скапливание хроматина – генетического вещества, входящего в состав хромосом;

4. Ядро дробится на ряд компонентов.

Рассмотрим на рисунке основные стадии клеточного апоптоза.

До включения механизма апоптоза клетка претерпевает множество делений.

Периоды жизненного цикла клетки начинаются с периода ее создания после очередного деления.

Жизненный цикл клетки состоит из подготовки ее к делению, непосредственно этапа деления и момента покоя, завершающийся новым делением или апоптозом.

В молодых клеточных структурах происходят процессы подготовки к делению: увеличение объема, восстановление компонентов ядра и цитоплазмы. После этого клетка способна переходить к основной фазе жизненного цикла – митотическому.

Комплекс процессов, совершающихся в клетках от одного деления вплоть до последующего, и завершающихся образование двух новых клеток, именуется митотическим циклом.

Возможно отметить несколько стадий митотического цикла. Познакомимся с ними на рисунке.

Подготовка структурной единицы к делению или интерфаза [3] является началом жизненного митотического цикла.

В интерфазе клетки принято выделять несколько периодов.

Остановимся подробнее на характеристике основных процессов, происходящих в интерфазе.

1. Пресинтетический период считается максимально длительным – от 10 часов до нескольких дней. Наступает этот период интерфазы незамедлительно после формирования молодой клетки, то есть после деления. Характеризуется он накоплением РНК и белка, которые необходимы для формирования клеточных структур.

2. Основными процессами синтетического периода интерфазы являются синтез ДНК, РНК и белка, а также удвоение хромосомных структур. Длится этот этап от 6 до 10 часов.

В этот период происходит редупликация [4] ДНК или репликация.

3. Завершающим процессом интерфазы клетки считается постсинтетический период. Он наименее продолжителен – от 3 до 4 часов. Однако, в этот момент осуществляется накопление энергии, синтез РНК и белков, входящих в состав центриолей клеточного центра. Данный органоид имеет огромное значение при митозе [5] – способствует созданию веретена деления.

Все этапы интерфазы клетки обладают неодинаковой продолжительностью, что определяется их специализацией. К примеру, нервные клетки постоянно пребывают в пресинтетическом периоде и не делятся. Клетки эпителиальной, а также соединительной ткани, наоборот, непрерывно делятся и для них характерен длительный период митотического цикла.

После завершения подготовительного этапа клетка переходит непосредственно к делению – митозу.

Подведем итог сказанному и опишем весь процесс несколькими предложениями.

Клетка, как любой организм, рождается на свет и развивается. Происходит ее рост и приготовление к выполнению определенной роли. У клеточной структуры есть два пути: либо она начинает выполнять определенные функции в организме, а по истечении этого срока наступает ее гибель; либо она приступает к делению и дает начало новым клеткам.

В любом случае, клетка проходит этап подготовки к делению, который сопровождается образованием веществ и энергии. В это же время осуществляется удвоение молекулы ДНК – каждая цепочка дает начало еще одной. Таким образом, происходит переписывание наследственной информации. Благодаря этому клетки, образовавшиеся в процессе деления, будут похожи друг на друга.

После подготовительного этапа, или интерфазы, наступает деление, которое мы рассмотрим в следующем пункте.

Митоз

Вслед за интерфазой клетка либо приступает к выполнению своих функций, либо дробится. Деление соматических клеток может быть прямым – амитоз [6] и непрямым – митоз.

Остановимся подробнее на характеристике данных разновидностей деления соматических клеток.

1. А митоз считается наиболее простой разновидностью деления. В данном случае наблюдается интерфазное состояние ядра, хорошо различимы ядрышко и ядерная мембрана. Не случается одинакового распределения хромосом, а ядро с помощью перетяжки дробится на две части. Соответственно, при амитозе клетка делится, и формируются две дочерние структуры.

В некоторых случаях процесс останавливается и образуется не две клетки, а одна с двумя ядрами.

Амитозом делятся преимущественно бактерии, сине-зелёные водоросли, клетки печени и эпителия. Данный тип деления отмечается в тканях разрастающегося клубня картофеля, эндосперме, стенках завязи пестика.

При амитозе не проистекает равномерного размещения ядерного материала между дочерними структурами, вследствие этого многие ученые называют его неполноценным делением.

2. Митоз – это процесс прямого деления, сопровождающийся созданием дочерних равноценные структур.

Подобный тип деления был выявлен в 1874 году русским ботаником И.Д.Чистяковым, а в клетках животных – в 1878 году русским гистологом П.И. Перемежко. Подробное изучение дробления клеток осуществлялись значительно позже на растительных объектах Э.Страсбургером и на клетках животных – В.Флемингом.

Митоз считается непрерывным биологическим процессом, однако, для удобства принято выделять несколько фаз.

В основе митоза лежат два основных процесса: кариокинез [7] и цитокинез [8] .

После интерфазы следует кариокинез, который заключается в делении ядра.

Кариокинез условно разграничивают на несколько фаз, остановимся подробнее на их характеристике.

Первой стадией кариокинеза считается профаза.

В этот момент случается утолщение и укорачивание хромосом, по этой причине ядро приобретает вид клубка спутанных нитей. Наряду с этим в профазе митоза ядрышки теряются, разлагается ядерная оболочка и хромосомы оказываются погруженными в цитоплазму. Центриоли движутся к полюсам клетки, между ними натягиваются длинные нити из трубочек и канальцев. Подобным образом, в профазе создается веретено деления.

Далее следует метафаза митоза. Здесь осуществляется завершение образования веретена деления и прикрепление к нему хромосом. В метафазе клетки хорошо видно, что хромосомы состоят из двух хроматид. Постепенно, хромосомы располагаются в области экватора клетки и формируют метафазную пластинку.

Метафаза считается самым лучшим периодом деления клетки для изучения хромосом. Именно на этой стадии проводится анализ кариотипа учеными.

Телофаза митоза сопровождается процессами обратными тем, которые наблюдаются в профазе. Каждая хромосома достигает полюса, после чего они набухают, раскручиваются, становятся не заметны в микроскоп. Вокруг хромосом у каждого полюса формируется ядерная оболочка, в ядрах зарождаются ядрышки. Именно на этапе телофазы вершится разрушение веретена деления клетки.

Данный процесс является завершающей стадией кариокинеза в митозе.

Далее в телофазе происходит цитокинез или деление цитоплазмы.

В животных структурах данный этап наступает с создания в экваториальной зоне перетяжки, способствующей изоляции сестринских клеток друг от друга.

Цитокинез растительной клетки завязывается во внутренней зоне исходной структуры. На данном месте небольшие пузырьки эндоплазматической сети соединяются и формируют клеточную мембрану.

Протяженность всякой фазы митоза неодинакова – от нескольких минут до нескольких дней, что определяется разнообразными факторами: типом клетки, физиологическим состоянием организма, внешних условий и других.

Затем любая дочерняя структура вступает в интерфазу.

Митозу характерно важное биологическое значение, так как по причине одинакового распределения хромосом среди дочерних структур обеспечивается передача генетической информации, а также сохраняется преемственность в ряду поколений. Это гарантирует осуществление эмбрионального развития и роста организмов, возобновление органов и тканей после повреждения. Митотическое деление клеток считается также цитологической основой бесполого размножения.

В данном пункте мы остановились подробно на делении клеток, составляющих тело любого организма и не участвующих в половом размножении. Выделяют наиболее примитивный тип деления – амитоз, при котором не происходит распределения наследственного материала. Деление клетки происходит с помощью перетяжки и присуще оно простейшим существам.

Наиболее сложным и полноценным считается митоз. Он состоит условно из деления ядра и цитоплазмы. Помимо этого можно выделить пять фаз, следующих друг за другом.

Охарактеризуем весь процесс кратко. Начинается митоз делением ядра, которое сопровождается разрушением ядерной оболочки и освобождением хромосом. При этом происходит формирование веретена деления и размещение хромосом в центре клетки. Затем хромосомы разделяются на две части – хроматиды, каждая из которых расходится к разным концам клетки. Вокруг хроматид образуется ядерная оболочка, и формируются два ядра в разных частях клетки.

После этого начинается деление цитоплазмы и образование двух клеток с одинаковыми наследственными признаками.

В следующем пункте остановимся подробнее на делении половых клеток.

Мейоз и его механизм

Для половых клеток характерен особый вид деления, получивший название мейоза [9] . Данный процесс сопровождается уменьшением численности хромосом вдвойне, вследствие чего происходит переход клетки из диплоидного состояния в гаплоидное. Вспомнить, что такое набор хромосом, для каких клеток характерен одинарный, а для каких двойной кариотип, вам поможет урок 6 Строение клетки.

Процесс мейоза совершается во время двух следующих одно за другим делений, которые именуются первое и второе мейотические деления.

Для каждого из этих делений мейоза характерны фазы, схожие с таковыми у митоза.

Начинается первое деление мейоза с профазы I. Она считается самой продолжительной и сложной. Познакомимся с основными стадиями профазы I мейоза на схеме.

В первой профазе мейоза совершаются процессы, которые мы не встречали в митотическом делении.

Конъюгация [10] осуществляется на стадии зиготы в мейозе. В данном случае осуществляется сближение парных хромосом своими одинаковыми участками. Вследствие конъюгации в профазе мейоза образуются хромосомные пары, именуемые бивалентами. Число данных структур соответствует гаплоидному набору хромосом.

В профазе I мейоза после конъюгации осуществляется перекрест хромосом. Данный процесс в мейозе получил название кроссинговер [11] . Хромосомы, находящиеся в конъюгированном состоянии, продолжают спирализоваться. При этом отдельные хроматиды одинаковых хромосом переплетаются и перекрещиваются меж собой. Соответственно, на данной фазе мейоза проистекает кроссинговер – перекрёст парных хромосом, сопровождающийся обменом участками хроматид.

Метафаза первого мейоза сопровождается завершением создания веретена деления. Хромосомы помещаются в экваториальной зоне клетки.

Отличие метафазы мейоза от митоза считается то, что хромосомы выстраиваются парами или бивалентами.

В анафазе I мейоза происходит движение к полюсам целых одинаковых хромосом. В отличие от митоза, на данном этапе не осуществляется деление центромеры, поэтому хроматиды не разъединяются.

Телофаза I мейоза самая короткая, однако, здесь происходит восстановление ядерной оболочки около хромосом у полюсов, после чего материнская структура дробится на две дочерние. Количество хромосом в телофазе мейоза соответствует гаплоидному набору.

На данном этапе заканчивается первое мейотическое деление и завязывается второе.

Второе деление мейоза подобно рядовому митозу, однако клетки, вступающие в него, несут гаплоидный комплект хромосом.

Профаза второго мейоза непродолжительная и сопровождается созданием веретена деления. При протекании метафазы второго деления мейоза хромосомы устраиваются посередине и присоединяются к микротрубочкам веретена деления. В анафазе второго мейоза наблюдается разъединение их центромер, причем каждая хроматида делается независимой хромосомой. В дальнейшем эти структуры перемещаются к полюсам веретена.

Телофаза второго деления мейоза сопровождается расхождением сестринских хромосом к полюсам и наступает деление клеток. Две гаплоидные клетки дают жизнь 4 гаплоидным.

Вследствие мейоза из одной диплоидной клетки образуется 4 клетки с одинарным комплектом хромосом.

Итак, коротко о данном пункте. Для половых клеток также характерно деление, которое именуется мейозом. Состоит он из двух этапов или делений.

В первом делении происходит разрушение ядерных оболочек, освобождение хромосом и формирование веретена деления. Однако, происходят процессы, отличающие мейоз от митоза. В данном случае осуществляется конъюгация, при которой формируются структуры, состоящие из двух хромосом – биваленты. После этого они подвергаются кроссинговеру – хромосомы обмениваются своими участками.

Далее эти структуры располагаются по центру клетки, благодаря нитям веретена деления осуществляется их растаскивание к разным участкам клетки и разъединение на отдельные хромосомы. В итоге у полюсов клетки оказываются одинарные структуры, то есть произошло уменьшение наследственного материала. Далее делится цитоплазма, и образуются две клетки с гаплоидным или одинарным набором хромосом.

Эти две клетки сразу же переходят к следующему делению, которое повторяет весь процесс митоза. В результате из 2 гаплоидных клеток формируются 4 гаплоидные клетки. Данные структуры дают начало половым клеткам – гаметам.

Важным значением мейоза считается появление потомства с новыми признаками.

Словарь

Жизненный цикл клетки – период от ее образования до деления или гибели.

Апоптоз – генетически заложенная смерть клетки.

Амитоз – простое деление клетки без равномерного распределения наследственного материала.

Интерфаза – подготовка клетки к делению.

Редупликация ДНК – удвоение молекулы ДНК.

Митоз – деление соматических клеток, сопровождающееся образованием двух генетически равноценных структур.

Кариокинез – деление ядра.

Цитокинез – деление цитоплазмы.

Мейоз – деление половых клеток, при котором из одной клетки с двойным набором хромосом образуется четыре с одинарным набором.

Конъюгация – процесс сближения хромосом и объединения их в структуры – биваленты.

Читайте также: