Репродукция клеток
Клетка как структурно-функциональная единица живого, способная к самовоспроизводству, которое осуществляется путем деления. В еукаріотичних клеток существуют два способа деления - митоз и мейоз.
Митоз
Митоз - способ деления клеток, при котором клетки, образуются, идентичные между собой по генотипу и является точной копией материнской клетки. Период жизни клетки от деления до деления называется клеточным (мітотичним) циклом. Клеточный цикл состоит из интерфазы и собственно митотического деления (митоза). Интерфаза состоит из трех периодов: передсинтетичного
, синтетического
S и постсинтетического
.
Передсинтетичний период характеризуется интенсивным ростом клетки, активным синтезом белков, увеличением объема цитоплазмы и площади клеточных мембран. Он является самым продолжительным и составляет основную часть жизни подавляющего большинства клеток.
Во время синтетического периода происходит репликация ДНК и формирования Х-образных хромосом. Каждая хромосома состоит теперь из двух сестринских хроматид, идентичных друг другу. В определенном участке - центромері - обе хроматиды остаются соединенными друг с другом. Центромера образуется в месте, где полного удвоения ДНК не произошло, и состоит из плотно упакованного хроматина. Удвоение ДНК во время синтетического периода приводит к тому, что в клетки временно увеличивается кратность набора хромосом.
В постсинтетичному периоде синтезируются белки веретена деления и достаточное количество АТФ (процесс деления клетки чрезвычайно сложный и энергоемкий).
После завершения интерфазы начинается митотическое деление (митоз), который проходит в несколько стадий (фаз), которые непрерывно переходят друг в друга.
Профаза. В этот период центріолі клеточного центра расходятся к противоположным полюсам клетки. Оболочка ядра постепенно распадается на маленькие мембранные пузырьки; аналогичные изменения происходят с аппаратом Голги и ендоплазматичним ретикулумом. В хромосомах происходит конденсация хроматина (многократное увеличение плотности упаковки). Процессы транскрипции полностью прекращаются, образования необходимых клетке белков может осуществляться только за счет ранее синтезированных молекул іРНК.
Метафаза. В метафазе конденсация хроматина максимальная. Образуются так называемые метафазні хромосомы. Каждая хромосома состоит: из двух сестринских хроматид, которые образуют плечи хромосомы; центромеры; концевых участков - теломеров. Во время метафазы хромосомы выстраиваются на экваторе клетки. Формируется веретено деления - белковые нити (микротрубочки), которые тянутся от центріолей к центромер хромосом. При этом к каждой центромере может прикрепляться несколько ниточек. В клетках растений центріолі отсутствуют и их функцию выполняют скопления мембран эндоплазматического ретикулума на полюсах клетки. С ними связываются микротрубочки, формируя веретено деления.
Анафаза. Двойные хромосомы разрываются веретеном деления и сестринские хроматиды отходят к противоположным полюсам клетки. При этом они ориентированы центромерами к соответствующему полюсу, а теломерами - к экватору клетки.
Телофаза. Вокруг хромосом начинает формироваться ядерная оболочка, появляются ядерные поры, восстанавливается парность центріолей, цитоплазма и органеллы более-менее равномерно распределяются между полюсами клетки. Хромосомы постепенно деспіралізуються, начинают формироваться ядра.
Далее идет процесс раздела цитоплазмы с образованием двух дочерних клеток - цитокінез. В результате цитоплазма полностью разделяется с образованием двух дочерних клеток, в каждой из которых содержится диплоидный набор хромосом и примерно одинаковое количество органелл.
Биологическое значение митоза заключается в поддержании постоянства числа хромосом в клеточных поколениях - дочерние клетки получают такую же генетическую информацию, которая содержится в ядре материнской клетки.
Во многих еукаріотичних организмов выявлен так называемый прямой раздел, или амітоз, при котором происходит удвоение ДНК, формирование новых ядер, однако образование дочерних клеток не происходит. В результате амітозу появляются многоядерные клетки, характерные для некоторых тканей животных, грибов и растений.
Мейоз
Мейоз - способ деления клеток, при котором происходит уменьшение (редукция) числа хромосом и переход клеток из диплоидного состояния в гаплоидный. Мейоз включает два деления - редукционное (первый) и екваційний (второй). Каждый из них делится на ряд стадий (фаз): профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Эти стадии первого деления обозначаются римской цифрой I, второго - цифрой II.
Процессы, происходящие в интерфазе I мейоза, идентичны во время митоза: происходит интенсивный синтез белков, увеличение поверхности клеточных мембран, удвоение ДНК.
Профаза I. Наблюдается попарное сближение удвоенных и спіралізованих гомологичных хромосом (образование бивалентов). Происходит кроссинговер - слияние и обмен гомологичными участками. Разрушается ядерная оболочка, расходятся центріолі.
Метафаза I. Біваленти гомологичных хромосом располагаются на экваторе клетки, нити веретена деления прикрепляются к центромер.
Анафаза I. К полюсам клетки расходятся удвоенные хромосомы (не сестринские хроматиды, как в мітозі) - по одной хромосоме из каждой біваленту. Происходит двойное уменьшение (редукция) числа хромосом и их случайное перераспределение в будущих гаметах.
Телофаза I. Происходит образование дочерних клеток уже с гаплоїдним набором хромосом. Каждая из хромосом состоит из двух сестринских хроматид, идентичных друг другу.
После первого редукционного деления мейоза клетки вступают в короткую інтерфазу II, которая не сопровождается удвоением ДНК. Затем начинается второй раздел. В анафазе II дочерние хроматиды расходятся к противоположным полюсам клетки, а в телофазі II из двух клеток, возникших во время редукционного деления образуются четыре клетки, которые несут гаплоидный набор хромосом.
Мейоз осуществляется при образовании половых клеток у животных и спор у растений (неполового размножения).