Жизненный цикл. Митоз

 

Клеточный цикл — это период существования клетки от момента ее образования путем деления материнской клетки до собственного деления или смерти. В жизненный цикл включаются митотический цикл (комплекс взаимосвязанных и согласованных во времени событий, происходящих в процессе подготовки клетки к делению и на протяжении самого деления), период выполнения клеткой многоклеточного организма специфических функций, а также периоды покоя. Биологическое значение митотического цикла состоит в том, что он обеспечивает преемственность хромосом в ряду клеточных поколений, образование клеток, равноценных по объему и содержанию наследственной информации. Таким образом, цикл является всеобщим механизмом воспроизведения клеточной организации эукариотического типа в индивидуальном развитии.

Характеристика этапов жизненного цикла.

Пресинтетический (G1)- рост клетки, синтез белков и РНК, синтез запускающих белков, обеспечивающих достижение клеткой точки R (ограничение), после которой она вступает в S период.

Период редуктивного покоя (G0)- если клетка не достигает точки R она вступает в период репродуктивного покоя, чтобы дифференцироваться, выжить в не благоприятных условиях, провести репарация поврежденной ДНК, специализироваться и выполнять свои функции.

Синтетический период (S)- репликация ДНК, синтез белков, обеспечивающих нуклеосомную упаковку синтезированной ДНК, удваивается число центриолей.

Постсинтетический период (G2)- идет подготовка к делению: созревание центриолей, запасание энергии, синтез РНК и тубулина (белка), необходимого для деления.

 

В митотическом цикле выделяют репродуктивную и разделительную фазы, соответствующие интерфазе и митозу классической цитологии.

Вступление в митоз контролируется 2 факторами: 1) м. задерживающий (задерживает вступление в митоз до завершения репликации ДНК);

2) м. стимулирующий (инициирует митоз в присутствие белков-циклонов, они синтезируются в течение жизненного цикла и распадаются при митозе).

Митоз состоит из профазы, метафазы, анафазы, телофазы и цитокинеза.

Профаза: 1)спирализация хромосом;

2)разрушения ядрышка;

3)уменьшается количество органелл;

4)распад кариолемы;

5)расхождение центриолей к полюсам;

6)образование веретена деления.

Метафаза: 1)заканчивается распад кариолемы;

2)заканчивается образование веретена деления;

3)хромосомы образуют метафазную пластинку;

4)микротрубочки веретена деления связаны с кинетохорами хромосом;

5)каждая хромосома разделяется на 2 хроматиды (дочерние хроматиды), соединяется в области кинетохора.

Анафаза: 1)связь между хроматидами разрушается, они перемещаются к полюсам клетки, при завершение на полюсах собираются 2 полных набора хромосом.

Телофаза: 1)образуются интерфазные ядра дочерних клеток;

2)хромосомы деспирализуются;

3)разрушается веретено деления;

4)образуются ядрышки;

5)материнская клетка делится на 2 дочерних.

Сущность митоза в равномерном распределении между дочерними ядрами хроматид, возникших в результате удвоения хромосом и передаче генетического материала из одного поколения в другое.

 

20. Мейоз (или редукционное деление клетки) — деление ядра эукариотической клетки с уменьшением числа хромосом в два раза. Происходит в два этапа (редукционный и эквационный этапы мейоза). Мейоз не следует смешивать с гаметогенезом — образованием специализированных половых клеток, или гамет, из недифференцированных стволовых.

 

С уменьшением числа хромосом в результате мейоза в жизненном цикле происходит переход от диплоидной фазы к гаплоидной. Восстановление плоидности (переход от гаплоидной фазы к диплоидной) происходит в результате полового процесса.

 

В связи с тем, что в профазе первого, редукционного, этапа происходит попарное слияние (конъюгация) гомологичных хромосом, правильное протекание мейоза возможно только в диплоидных клетках или в чётных полиплоидах (тетра-, гексаплоидных и т. п. клетках). Мейоз может происходить и в нечётных полиплоидах (три-, пентаплоидных и т. п. клетках), но в них, из-за невозможности обеспечить попарное слияние хромосом в профазе I, расхождение хромосом происходит с нарушениями, которые ставят под угрозу жизнеспособность клетки или развивающегося из неё многоклеточного гаплоидного организма.

 

Этот же механизм лежит в основе стерильности межвидовых гибридов. Поскольку у межвидовых гибридов в ядре клеток сочетаются хромосомы родителей, относящихся к различным видам, хромосомы обычно не могут вступить в конъюгацию. Это приводит к нарушениям в расхождении хромосом при мейозе и, в конечном счете, к нежизнеспособности половых клеток, или гамет. Определенные ограничения на конъюгацию хромосом накладывают и хромосомные мутации (масштабные делеции, дупликации, инверсии или транслокации).

 

Фазы мейоза

 

Фазы мейоза.Мейоз состоит из 2 последовательных делений с короткой интерфазой между ними.

 

Профаза I — профаза первого деления очень сложная и состоит из 5 стадий:

Фаза лептотены или лептонемы — упаковка хромосом.

Зиготена или зигонема — конъюгация (соединение) гомологичных хромосом с образованием структур, состоящих из двух соединённых хромосом, называемых тетрадами или бивалентами.

Пахитена или пахинема — кроссинговер (перекрест), обмен участками между гомологичными хромосомами; гомологичные хромосомы остаются соединенными между собой.

Диплотена или диплонема — происходит частичная деконденсация хромосом, при этом часть генома может работать, происходят процессы транскрипции (образование РНК), трансляции (синтез белка); гомологичные хромосомы остаются соединёнными между собой.

Диакинез — ДНК снова максимально конденсируется, синтетические процессы прекращаются, растворяется ядерная оболочка; центриоли расходятся к полюсам; гомологичные хромосомы остаются соединёнными между собой.

Метафаза I — бивалентные хромосомы выстраиваются вдоль экватора клетки.

Анафаза I — микротрубочки сокращаются, биваленты делятся и хромосомы расходятся к полюсам. Важно отметить, что, из-за конъюгации хромосом в зиготене, к полюсам расходятся целые хромосомы, состоящие из двух хроматид каждая, а не отдельные хроматиды, как в митозе.

Телофаза I — хромосомы деспирализуются и появляется ядерная оболочка.

Второе деление мейоза следует непосредственно за первым, без выраженной интерфазы: S-период отсутствует, поскольку перед вторым делением не происходит репликации ДНК.

 

Профаза II — происходит конденсация хромосом, клеточный центр делится и продукты его деления расходятся к полюсам ядра, разрушается ядерная оболочка, образуется веретено деления.

Метафаза II — унивалентные хромосомы (состоящие из двух хроматид каждая) располагаются на «экваторе» (на равном расстоянии от «полюсов» ядра) в одной плоскости, образуя так называемую метафазную пластинку.

Анафаза II — униваленты делятся и хроматиды расходятся к полюсам.

Телофаза II — хромосомы деспирализуются и появляется ядерная оболочка.

В результате из одной диплоидной клетки образуется четыре гаплоидных клетки. В тех случаях, когда мейоз сопряжён с гаметогенезом (например, у многоклеточных животных), при развитии яйцеклеток первое и второе деления мейоза резко неравномерны. В результате формируется одна гаплоидная яйцеклетка и два так называемых редукционных тельца (абортивные дериваты первого и второго делений).

Оогенез

Стадия размножеия. Происходит серия последовательных митотических делений диплоидных клеток-оогониев. В результате чего их количество существенно возрастает. Плоидность клетки-2n2c.

Стадия роста. Происходит рост оогоний. Клетки вступают в профазу 1 мейотического деления. С этого момента они называются ооциты 1 порядка. Непосредственно перед вступлением клетки в стадию роста происходит удвоение ДНК. Плоидность клеток-2n4с

Стадия созревания. Ооцит 1 порядка делится на ооцит 2 порядка(плоидность-1n2с) и полярное (редукционное) тельце. Затем следует второе мейотическое деление и в итоге образуется одна яйцеклетка (плоидность- 1n1с) и 3 редукционных тельца,не участвующие в оплодотворении. Благодаря этому в женской гамете концетрируется максимальное количество питательного материала- желтка.

22. Сперматогенез.

СТАДИЯ РАМНОЖЕНИЯ:происходит митотическое деление диплоидных сперматогоний и значительное увеличение их кол-ва. Плоидность клеток-2n2c.

СТАДИЯ РОСТА:спермотогонии растут, увеличивают в размере, вступают в профазу 1 метотического деления и превращаются в сперматоциты 1-ого порядка. Плоидность клеток-2n4c

СТАДИЯ СОЗРЕВАНИЯ: сперматоцит 1-ого порядка в результате первого метотичевкого деления делится на два сперматоцита 2-ого порядка(плоидность-1n2c). Каждый сперматоцит 2-ого порядка делится на 2 сперматиды(плоидность-1n1c).

СТАДИЯ ФОРМИРОВАНИЯ:каждая сперматида преобразовывается в сперматозоид. Ядра сперматид уплотняются вследствие гиперспирализации хромосом, которые становятся функционально инертными. Аппарат Гольджи перемещается к одному из полюсов ядра, образуя аукросому, играющую большую роль в оплодотварении. Центриоли занимают место у протовоположного полюса ядра, причём от одной из них отрастает жгутик, у основания которого в виде спирального чехлика концентрируются митохондрии. На этой стадии почти вся цитоплазма сперматиды отторгается, так что головка зрелого сперматозоида практически лишена её.