Воспроизведение клетки

Все новые клетки возникают в результате деления надвое уже существующих. Многоклеточный организм также начинает свое развитие чаще с одной единственной клетки.

В многоклеточных организмах не все клетки способны к делению по причине их высокой специализации – например, нервные и мышечные клетки после завершения эмбрионального периода перестают делиться. Многие специализированные клетки в обычных условиях не размножаются, но при повреждениях их способность к делению восстанавливается – клетки печени, эндокринных желез и других органов. Другие клетки – костного мозга, эпителия тонкого кишечника, эпидермиса – постоянно погибают, поэтому на смену им приходят новые, образованные путем деления.

У растений длительный рост побегов и корней в длину и толщину обеспечивается постоянным делением клеток меристем.

Клеточный цикл

Жизненный цикл клетки – это период существования клетки от момента ее образования путем деления до момента ее деления или гибели. У одноклеточных организмов клеточный цикл совпадает с жизнью особи.

В непрерывно размножающихся клетках клеточный цикл совпадает с митотическим циклом и состоит из четырех периодов:

• пресинтетический – постмитотический – G₁;

• синтетический – S ;

• постсинтетический – премитотический – G₂;

• митоз – М.

Первые три периода – это интерфаза. По продолжительности она составляет большую часть митотического цикла клетки.

G₁-период – клетка растет, в ней усиленно образуются РНК и белки, в первую очередь ферменты, для синтеза ДНК.

В S-периоде происходит репликация ДНК. В результате в каждой хромосоме оказывается вдвое больше ДНК, т.е. соответствует тетраплоидному набору. Однако количество хромосом остается диплоидным, потому что образовавшиеся дочерние хромосомы (хроматиды) тесно соединены между собой и составляют единую хромосому. 2n4c набор, где n – количество хромосом, а c – количество ДНК.

В S-периоде продолжается синтез РНК и белков, происходит удвоение центриолей, а также деление митохондрий, увеличивается количество других органелл клетки.

G₂-период – завершается подготовка клетки к митозу, активно синтезируются различные белки, в том числе и тубулиновые, из которых образуются микротрубочки веретена деления.

Деление клетки. В настоящее время известно несколько способов деления клетки: митоз, прямое бинарное деление, амитоз и мейоз.

Митоз, или непрямое деление

Митоз (греч. mitos – нить) – это деление клетки, приводящее к образованию двух дочерних, в каждой из которых имеется точно такой же набор хромосом, как и в родительской. Митоз – процесс непрерывный, но для удобства изучения его делят на четыре стадии в зависимости от того, как выглядят в это время хромосомы в световом микроскопе. В митозе выделяют профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Также в митозе выделяют деление ядра – кариокинез и деление цитоплазмы – цитокинез.

Профаза:

• сокращается количество полирибосом и ЭПС – прекращается синтез белка;

• хромосомы спирализуются, укорачиваются и утолщаются, становятся видны в световой микроскоп. (хромосомы двойные, каждая из двух хроматид, объединенных в области первичной перетяжки);

• ядрышки исчезают, т.к. прекращается синтез рибосом;

• ядерная оболочка разрушается;

• центриоли расходятся к полюсам клетки, между ними начинает образовываться веретено деления из микротрубочек.

Метафаза:

• завершается образование веретена деления, которое состоит из микротрубочек двух типов -хромосомных, которые с двух полюсов связываются с центромерами хромосом, и центросомных (полюсных), которые тянутся от полюса к полюсу клетки;

• хромосомы встраиваются по экватору клетки и связываются с микротрубочками в области первичной перетяжки;

• плечи сестринских хромосом расходятся, становятся отчетливо видны хроматиды, соединенные только в области центромеры – Х. В этот период легко подсчитывать число хромосом, изучать их особенности морфологического строения.

Анафаза – начинается внезапно:

• рвутся связи между хроматидами;

• дочерние хромосомы с помощью микротрубочек веретена деления расходятся и движутся к полюсам клетки. Во время движения хромосомы изгибаются наподобие шпильки, концы которой повернуты в сторону экватора клетки;

В этот момент в клетке находятся два диплоидных набора хромосом.

Телофаза происходят процессы, обратные тем, которые наблюдаются в профазе:

• хромосомы останавливаются у полюсов клетки;

• разрушается веретено деления;

• начинается деспирализация хромосом, они становятся плохо различимы в световом микроскопе;

• вокруг хромосом у каждого полюса из мембранных структур цитоплазмы формируется ядерная оболочка;

• в ядрах возникают ядрышки;

• происходит разделение цитоплазмы с образованием двух клеток.

В клетках животных цитоплазма делится путем кольцевидной перетяжки с образованием двух отдельных клеток.

В клетках растений:

• нет центриолей, но есть веретено деления;

• после образования ядер в середине клетки, в области экватора возникает срединная пластинка, которая делит клетку на две дочерние. Впоследствии на срединную пластинку со стороны каждой из дочерних клеток откладываются элементы клеточных оболочек.

Биологический смысл митоза состоит в равномерном распределении между дочерними клетками ДНК материнской клетки. Благодаря равномерному разделению хромосом обеспечивается образование генетически равноценных клеток и сохраняется преемственность в ряду клеточных поколений. Это обеспечивает эмбриональное развитие и рост организмов, восстановление органов и тканей после повреждения.

Митотическое деление клеток является цитологической основой бесполого размножения организмов.