Тема: Клеточный цикл эукариотических клеток. Митоз. Мейоз. Механизм гибели и воссоздания клеток.

Базовые понятия и термины: клеточный цикл, митоз, мейоз, разделение клетки, интерфаза, профаза, метафаза, анафаза, телофаза, веретено деления.

План лекции:

1.Клеточный цикл эукариотических клеток. Понятие жизненного цикла.

2.Митоз.

3.Мейоз.

4.Механизм гибели и воссоздания клеток.

Содержание лекции:

1) Клеточный цикл эукариотических клеток. Понятие жизненного цикла.

Жизненный цикл любой клетки длится от начала одного деления до начала следующего. Состоит из двух основных частей - процесса деления и интерфазы. В тех клетках, которые утратили способность к делению, клеточный цикл заканчивается не началом нового цикла, а гибелью клетки. Во время интерфазы в клетках происходит много процессов. Они растут и накапливают вещества, необходимые для следующего разделения.

2) Митоз. Само разделение клеток может проходить по-разному. Прокариотические клетки делятся преимущественно путем простого, так называемого бинарного, деления. В этом варианте их нуклеоид удваивается путем репликации, и новая копия прикрепляется к клеточной мембране, после чего между двумя нуклеинами формируется новая клеточная стенка. Интерфазы между делениями прокариотичных клеток занимают небольшие промежутки времени. Большинству бактерий для подготовки деления хватает около двадцати минут. У эукариот процесс деления, как и интерфаза, длится дольше. Процессы, какие происходят во время разделения, у них более сложные через наличие ядра и наследственного материала в виде хромосом. В большинстве случаев деление эукариотических клеток представлено в форме митоза или мейоза. Типичный митоз состоит из четырех основных фаз: профазы, метафазы, анафазы и телофазы.

Во время профазы в ядре происходят спирализация хромосом. В результате них линейный размер уменьшается в 25 раз. Сами хромосомы становятся хорошо видимыми в световой микроскоп, при этом каждая из хромосом состоит из двух хроматид (вторая хроматида образуется в течение интерфазы в результате процесса репликации). В течение профазы также происходит редукция ядрышек и ядерной оболочки, а центриоли расходятся к полюсам клетки и стимулируют образование микротрубочек клеточного веретена разделения. В начале метафазы хромосомы двигаются к экватору клетки и размещаются там, образовывая метафазную пластинку. На хромосомах четко можно увидеть центромеру — первичную перетяжку, к которой прикрепляется веретено деления. Хроматиды отталкиваются одна от другой и остаются соединёнными лишь благодаря центромере.

Одновременное разделение центромер всех хромосом является началом следующей фазы делания — анафазы. Во время анафазы, соединённые попарно хроматиды разъединяются, становясь дочерними хромосомами, и расходятся к полюсам клетки.

По окончании движения хромосом к полюсам начинается телофаза митоза. На этой фазе происходит формирование новых ядерных оболочек и ядрышек, а хромосомы деспирализируются. После этого происходит цитокинез (разделение цитоплазмы).

3) Мейоз является редукционным делением. Фактически он состоит из двух последовательных делений, интерфаза между которыми максимально сокращена, а в растительных организмах вообще может отсутствовать.

Кроме того, в течение этой интерфазы не происходит синтез ДНК и количество наследственного материала не увеличивается. В итоге по окончании мейоза каждая из четырех полученных клеток содержит вдвое меньше ДНК, чем родительская клетка. Таким образом, образуются, например, половые клетки.

Во время профазы первого разделения (профазы I) начинается спирализация хромосом, однако хроматиды каждой из них не разделяются. В последующем гомологичные хромосомы сближаются, образуют пары (конъюгация гомологических хромосом). Этот процесс начинается в одной или нескольких точках, а затем распространяется на всю длину хромосом. В это время создается впечатление, будто в ядре гаплоидный набор хромосом, хотя в действительности каждая составляющая этого набора являет собой пару гомологических хромосом. Во время конъюгации может наблюдаться процесс кроссинговера (от англ. кроссинговер — перекрёст), во время которого гомологические хромосомы обмениваются определёнными участками. В результате кроссинговера образуются новые комбинации разных состояний, определенных (аллельных) генов, которые являются одним из источников наследственной изменчивости.

Через определенное время гомологические хромосомы начинают отходить одна от одной. При этом уже становится заметным, что каждая из хромосом состоит из двух хроматид, то есть образуются комплексы из четырех хроматид (тетрады), сцепленные в определенных участках. Наблюдается последующее укорачивание и утолщение хромосом; в конце фазы гомологические хромосомы расходятся, то есть тетрады распадаются. Исчезают ядрышки, разрушается ядерная оболочка и начинается формирование веретена деления.

В метафазе первого мейотического деления (метафазе I) нити веретена деления прикрепляются к центромерам гомологических хромосом, которые лежат не в плоскости экваториальной пластинки, как во время митоза, а по оба бока от нее. Во время анафазы первого мейотического деления (анафазы I) гомологические хромосомы отделяются одна от другой и двигаются к противоположным полюсам клетки. Центромеры отдельных хромосом не разделяются, и потому каждая хромосома состоит из двух хроматид. В конце фазы около каждого из полюсов клетки собирается половинный (гаплоидный) набор хромосом. Расхождение отдельных гомологических хромосом каждой пары является событием случайным, то есть неизвестно, какая из них отойдет к тому или другому полюсу клетки. Это также есть одним из источников наследственности. В телофазе первого мейотического деления (телофазе I) формируется ядерная оболочка. У животных и некоторых растений хромосомы деспирализуются и осуществляется разделение цитоплазмы; у многих растений он может и не происходить.

Следовательно, в результате первого мейотического деления возникают клетки или лишь ядра с гаплоидным набором хромосом. Интерфаза между первым и вторым мейотичными делениями укороченная, молекулы ДНК в это время не удваиваются, а в клетках многих растений интерфаза вообще отсутствует, поэтому они сразу переходят до второго мейотического деления.

Во время профазы II спирализуются хромосомы, каждая из которых состоит из двух хроматид, исчезают ядрышки, разрушается ядерная оболочка, центриоли перемещаются (если они есть) к полюсам клеток, начинает формироваться веретено деления. Хромосомы приближаются к экваториальной пластинке. В метафазе II завершается спирализация хромосом и формирование веретена деления. Центромеры хромосом располагаются в один ряд вдоль экваториальной пластинки, и к ним присоединяются нити веретена деления.

В анафазе II делящиеся центромеры хромосом и хроматиды расходятся к полюсам клетки благодаря укорачиванию нитей веретена деления. Во время телофазы II хромосомы деспирализуются, исчезает веретено деления, формируются ядрышки и ядерная оболочка. Завершается телофаза II разделением цитоплазмы.

Следовательно, в результате второго мейотичного деления число хромосом остается таким, как и после первого, но количество ДНК, в результате расхождения хроматид к дочерним клеткам, уменьшается вдвое.

Таким образом, после двух последовательных мейотичних делений материнской диплоидной клетки образуются четыре гаплоидные дочерние, каждая из которых имеет одинаковый набор генов, но отдельные гены разных дочерних клеток могут находиться в разных состояниях (представлены разными аллелями). То есть дочерние клетки, которые образовались, могут отличаться по наследственной информации.