Митотичното клетъчно делене се извършва като стереотип. митоза на растителна клетка

митотично клетъчно делене

Кученцето расте и се увеличава по размер поради деленето на соматичните клетки, т.нар митоза.Митозата не е директно делениесоматична клетка при сложни променив нейното ядро ​​и цитоплазма. След оплождане (овогамия) на яйцеклетката от сперматозоида (сливане или копулация на гамети), зигота(ооциста) - нов организъм, състоящ се само от една клетка. Процесът на растеж и развитие на нов организъм започва от момента на първото митотично делене на тази клетка (майчина), когато от нея възникват две дъщерни (по-точно сестрински) клетки, напълно подобни на нея, и продължава до смъртта .

Фиг.1 Структура на клетката

По време на митозата се случва следното:

1- удвояване на веществото на хромозомите;

2- промяна физическо състояниеи химическа организация на хромозомите;

3- разминаване на сестрински хромозоми към полюсите на клетката;

4- последващо делене на цитоплазмата и пълно възстановяванедве ядра в нови клетки.

в митоза жизнен цикълядрени гени: удвояване, разпространение и функциониране. Периодът между клетъчните деления се нарича интерфаза, при което в него протичат активни жизнени процеси и подготовка за следващо делене. Целият цикъл от промени, настъпващи в клетката

от едно разделение към друго се нарича митотичен цикъл.Последният се състои от два основни периода - интерфаза и самата митоза.

В резултат на митозата от една клетка се образуват две клетки с еднакви хромозоми. По този начин митозата осигурява непрекъснатостта и постоянството на броя и набора, т.е. качествената специфика на хромозомите в последователни поколения делящи се клетки (виж фиг. 2).

В интерфазата, периодът между две последователни клетъчни деления, репликацията (автодупликацията или самоудвояването) на ДНК се случва в ядрото и следователно броят на хромозомите в клетката (образуването на сестрински хроматиди, държани заедно от центромера, т.е. , тялото, което изпълнява функцията на механичния център на хромозомата), както и деспирализацията на последната.

В метафазата или централната фаза на ядреното делене, хромозома, състояща се от две хроматиди, се превръща в две дъщерни хромозоми.

Ориз. 2. Митоза

1 - три двойки хромозоми; 2 - репликация на хромозоми с образуването на сестрински хроматиди, свързани в областта на центромера; 3 - на полюсите на ядрената мембрана се виждат центрозоми с астерални лъчи, отиващи към центромерната област на хроматидите, подредени по екватора, за да се разделят центромерите на сестринските хроматиди и да се разделят на различни полюси; 4 - деспирализация на хромозоми, възстановяване на ядрената мембрана и образуване на клетъчна преграда с образуването на две дъщерни клетки, идентични на майката с точно същия брой хромозоми като в нея

В анафаза се случва разделянето и дивергенцията на дъщерните хромозоми към полюсите на клетката, т.е. възстановяването на правилния им брой. В телофазата, последният етап от клетъчното делене, хромозомите приемат същата форма, както преди началото на деленето, и количеството ДНК във всяко дъщерно ядро ​​е наполовина в сравнение с предишните етапи. По този начин и двете дъщерни клетки съдържат равни количествацитоплазма и идентични набори от хромозоми и са готови да претърпят митоза.

Не всички соматични клетки на тялото се делят постоянно. В ход ембрионално развитиеима диференциация на органи и тъкани, които се развиват по своя специфичен, генетично заложен път. Следователно някои клетки се превръщат в мозъчни клетки, други в кръвни клетки и т.н. Освен това някои от тях се делят постоянно, докато други само на определен етап от развитието или, ако е необходимо, са отговорни, например, за регенеративни

(възстановителни) процеси.

Клетъчното делене е централният момент на възпроизводството.

В процеса на делене от една клетка възникват две клетки. Клетката, въз основа на асимилацията на органични и неорганични вещества, създава свой вид с характерна структура и функции.

При клетъчното делене могат да се наблюдават два основни момента: делене на ядрото - митоза и делене на цитоплазмата - цитокинеза, или цитотомия. Основното внимание на генетиците все още е приковано към митозата, тъй като от гледна точка на хромозомната теория ядрото се счита за "орган" на наследствеността.

По време на митозата се случва следното:

1. удвояване на веществото на хромозомите;
2. промени във физическото състояние и химическата организация на хромозомите;
3. разминаване на дъщерни, или по-скоро сестрински, хромозоми към полюсите на клетката;
4. последващото разделяне на цитоплазмата и пълното възстановяване на две нови ядра в сестрински клетки.

Така целият жизнен цикъл на ядрените гени е заложен в митозата: дублиране, разпределение и функциониране; в резултат на завършването на митотичния цикъл сестринските клетки завършват с еднакво „наследство“.

При деленето клетъчното ядро ​​преминава през пет последователни етапа: интерфаза, профаза, метафаза, анафаза и телофаза; някои цитолози разграничават още един шести етап - прометафаза.

Между две последователни клетъчни деления ядрото е в интерфазен стадий. През този период ядрото, по време на фиксиране и оцветяване, има мрежеста структура, образувана от боядисване на тънки нишки, които в следващата фаза се оформят в хромозоми. Въпреки че интерфазата се нарича по различен начин фаза на покой на ядрото, върху самото тяло, метаболитните процеси в ядрото през този период се извършват с най-голяма активност.

Профазата е първият етап от подготовката на ядрото за делене. в профаза мрежеста структураядрото постепенно се превръща в хромозомни нишки. От най-ранната профаза, дори през светлинен микроскопможе да се наблюдава двойствената природа на хромозомите. Това предполага, че в ядрото именно в ранната или късната интерфаза протича най-важният процес на митоза - удвояване или редупликация на хромозоми, при което всяка от майчините хромозоми изгражда своя подобна - дъщерна. В резултат на това всяка хромозома изглежда надлъжно удвоена. Въпреки това, тези половини на хромозомите, които се наричат сестрински хроматиди, не се разминават в профаза, тъй като се държат заедно от една обща област - центромера; центромерната област се разделя по-късно. В профазата хромозомите претърпяват процес на усукване по оста си, което води до тяхното скъсяване и удебеляване. Трябва да се подчертае, че в профазата всяка хромозома в кариолимфата е разположена произволно.

В животинските клетки, дори в късна телофаза или много ранна интерфаза, се получава удвояване на центриола, след което в профаза дъщерните центриоли започват да се сближават към полюсите и образуването на астросферата и вретеното, наречено нов апарат. В същото време нуклеолите се разтварят. Съществен знак за края на профазата е разтварянето на ядрената мембрана, в резултат на което хромозомите са в общата маса на цитоплазмата и кариоплазмата, които сега образуват миксоплазмата. Това завършва профазата; клетката навлиза в метафаза.

IN напоследъкмежду профаза и метафаза, изследователите започнаха да разграничават междинен етап, наречен прометафаза. Прометафазата се характеризира с разтваряне и изчезване на ядрената мембрана и движението на хромозомите към екваториалната равнина на клетката. Но до този момент образуването на ахроматиновото вретено все още не е завършено.

Метафазанаречен краен етап от подреждането на хромозомите на екватора на вретеното. Характерното разположение на хромозомите в екваториалната равнина се нарича екваториална или метафазна плоча. Подреждането на хромозомите една спрямо друга е произволно. В метафазата броят и формата на хромозомите са добре разкрити, особено когато се разглежда екваториалната плоча от полюсите на клетъчното делене. Ахроматиновото вретено е напълно оформено: нишките на вретеното придобиват по-плътна консистенция от останалата част от цитоплазмата и са прикрепени към центромерната област на хромозомата. Цитоплазмата на клетката през този период има най-нисък вискозитет.

Анафазанаречена следващата фаза на митозата, в която хроматидите се делят, които сега могат да бъдат наречени сестрински или дъщерни хромозоми, се отклоняват към полюсите. В този случай, на първо място, центромерните области се отблъскват взаимно, а след това самите хромозоми се отклоняват към полюсите. Трябва да се каже, че дивергенцията на хромозомите в анафазата започва едновременно - "сякаш по команда" - и завършва много бързо.

В телофаза дъщерните хромозоми се деспирализират и губят своята видима индивидуалност. Образува се обвивката на ядрото и самото ядро. Ядрото е реконструирано обратен редв сравнение с промените, които е претърпял в профазата. В крайна сметка нуклеолите (или ядрото) също се възстановяват и то в количеството, в което са присъствали в родителските ядра. Броят на нуклеолите е характерен за всеки тип клетка.

В същото време започва симетричното делене на клетъчното тяло. Ядрата на дъщерните клетки влизат в състояние на интерфаза.

Фигурата по-горе показва диаграма на цитокинезата на животински и растителни клетки. IN клетка за животниделенето става чрез лигиране на цитоплазмата на майчината клетка. В растителна клетка образуването на клетъчна преграда става с участъци от вретеновидни плаки, които образуват преграда в равнината на екватора, наречена фрагмопласт. Това завършва митотичния цикъл. Продължителността му изглежда зависи от вида на тъканта, физиологично състояниетяло, външни фактори (температура, светлинен режим) и продължава от 30 мин. до 3 ч. Според различни автори скоростта на преминаване на отделните фази е променлива.

Както вътрешни, така и външни факторисреди, които влияят върху растежа на организма и неговото функционално състояние, влияят върху продължителността на клетъчното делене и отделните му фази. Тъй като ядрото играе огромна роля в метаболитните процеси на клетката, естествено е да се смята, че продължителността на фазите на митозата може да се променя в съответствие с функционалното състояние на органната тъкан. Например, установено е, че митотичната активност на различни тъкани по време на почивка и сън при животните е значително по-висока, отколкото по време на бодърстване. При редица животни честотата на клетъчните деления намалява на светло и се увеличава на тъмно. Предполага се също, че хормоните влияят върху митотичната активност на клетката.

Все още не са изяснени причините, които определят готовността на клетката за делене. Има причини да се предполагат няколко такива причини:

1. удвояване на масата на клетъчната протоплазма, хромозоми и други органели, поради което се нарушават ядрено-плазмените отношения; за делене клетката трябва да достигне определено тегло и обем, характерни за клетките на дадена тъкан;
2. дублиране на хромозоми;
3. секреция от хромозоми и други клетъчни органели на специални вещества, които стимулират клетъчното делене.

Механизмът на разминаване на хромозомите към полюсите в анафазата на митозата също остава неясен. Активна роля в този процес очевидно играят вретеновидни нишки, които са протеинови нишки, организирани и ориентирани от центриоли и центромери.

Характерът на митозата, както вече казахме, варира в зависимост от вида и функционално състояниетъкани. Характеризират се клетки от различни тъкани Различни видовеМитоза , При описания тип митоза клетъчното делене се извършва по равен и симетричен начин. В резултат на симетрична митоза, сестринските клетки са наследствено еквивалентни по отношение както на ядрените гени, така и на цитоплазмата. Въпреки това, в допълнение към симетричната, има и други видове митоза, а именно: асиметрична митоза, митоза със забавена цитокинеза, делене на многоядрени клетки (синцитиално делене), амитоза, ендомитоза, ендорепродукция и политения.

В случай на асиметрична митоза сестринските клетки са различни по размер, количество цитоплазма, а също и по отношение на бъдещата им съдба. Пример за това са сестринските (дъщерните) клетки с различен размер на невробласта на скакалеца, животинските яйца по време на узряването и по време на спиралната фрагментация; по време на деленето на ядрата в поленовите зърна една от дъщерните клетки може да се дели допълнително, другата не може и т.н.

Митозата със забавяне на цитокинезата се характеризира с факта, че клетъчното ядро ​​се дели многократно и едва след това се извършва деленето на клетъчното тяло. В резултат на това делене се образуват многоядрени клетки като синцитий. Пример за това е образуването на ендоспермни клетки и образуването на спори.

Амитозанаречено директно делене на ядрото без образуване на фигури на делене. В този случай разделянето на ядрото става чрез "завързване" на две части; понякога от едно ядро ​​се образуват няколко ядра наведнъж (фрагментация). Амитозата се открива постоянно в клетките на редица специализирани и патологични тъкани, например в ракови тумори. Може да се наблюдава под въздействието на различни увреждащи агенти (йонизиращо лъчение и висока температура).

Ендомитозанаречен такъв процес, когато се получи удвояване на ядреното делене. В този случай хромозомите, както обикновено, се възпроизвеждат в интерфазата, но тяхното последващо разминаване се случва вътре в ядрото със запазване на ядрената обвивка и без образуването на ахроматиново вретено. В някои случаи, въпреки че обвивката на ядрото се разтваря, не се случва разминаване на хромозомите към полюсите, в резултат на което броят на хромозомите в клетката се умножава дори с няколко десетки пъти. Ендомитозата се среща в клетки от различни тъкани на растения и животни. Така например А. А. Прокофиева-Белговская показа, че чрез ендомитоза в клетките на специализирани тъкани: в хиподермата на циклопа, мастното тяло, перитонеалния епител и други тъкани на кобилата (Stenobothrus) - наборът от хромозоми може да се увеличи 10 пъти. Това увеличение на броя на хромозомите е свързано с функционални характеристикидиференцирана тъкан.

При политенията броят на хромозомните нишки се умножава: след редупликация по цялата дължина те не се разминават и остават съседни една на друга. В този случай броят на хромозомните нишки в една хромозома се умножава, в резултат на което диаметърът на хромозомите се увеличава значително. Броят на такива тънки нишки в политенова хромозома може да достигне 1000-2000. В този случай се образуват така наречените гигантски хромозоми. При политенията всички фази на митотичния цикъл изпадат, с изключение на основната - възпроизвеждането на първичните нишки на хромозомата. Феноменът на политенията се наблюдава в клетките на редица диференцирани тъкани, например в тъкан слюнчените жлези Diptera, в клетките на някои растения и протозои.

Понякога има дублиране на една или повече хромозоми без никаква трансформация на ядрото - това явление се нарича ендорепродукция.

Така че всички фази на клетъчната митоза, които съставляват, са задължителни само за типичен процес.

някои случаи, особено в диференцирани тъкани, митотичният цикъл претърпява промени. Клетките на такива тъкани са загубили способността да възпроизвеждат целия организъм и метаболитната активност на тяхното ядро ​​е адаптирана към функцията на социализираната тъкан.

Ембрионалните и меристемни клетки, които не са загубили функцията за възпроизвеждане на целия организъм и свързани с недиференцирани тъкани, запазват пълен цикълмитоза, на която се основава безполовото и вегетативното размножаване.

Клетките на многоклетъчния организъм са изключително разнообразни по своите функции. Според своята специализация клетките имат различна продължителностживот. Например нервни и мускулни клеткислед завършване ембрионален периодразвитие престават да се разделят и функционират през целия живот на организма. Клетки от други тъкани костен мозък, епидермис, епител тънко черво- в процеса на изпълнение на функцията си те бързо умират и се заменят с нови в резултат на непрекъснато възпроизвеждане на клетките.

По този начин жизненият цикъл на клетките в обновяващите се тъкани включва функционално енергична дейности период на разделяне. Клетъчното делене е в основата на развитието и растежа на организмите, тяхното възпроизводство, а също така осигурява самообновяването на тъканите през целия живот на организма и възстановяването на тяхната цялост след увреждане.

Най-разпространената форма на клетъчно възпроизвеждане в живите организми е непряко деление, или митоза.Митозата се характеризира със сложни трансформации на клетъчното ядро, придружени от образуването на специфични структури - хромозоми. Хромозомите присъстват постоянно в клетката, но в периода между две деления - интерфаза - те са в деспирализирано състояние и поради това не се виждат в светлинен микроскоп. В интерфазата се извършва подготовка за митоза, състояща се главно в удвояване (редупликация) на ДНК. Съвкупността от процеси, които протичат по време на подготовката на клетката за делене, както и по време на самата митоза, се нарича митотичен цикъл. Фигурата показва, че след завършване на деленето клетката може да навлезе в периода на подготовка за синтез на ДНК, означен със символа G1 . По това време в клетката интензивно се синтезират РНК и протеини и се увеличава активността на ензимите, участващи в синтеза на ДНК. След това клетката започва да синтезира ДНК. Двете спирали на старата ДНК молекула се разделят и всяка се превръща в матрица за синтеза на нови ДНК вериги. В резултат на това всяка от двете дъщерни молекули задължително включва една стара спирала и една нова. Новата молекула е абсолютно идентична със старата. Това е дълбоко биологично значение: по този начин в безброй клетъчни поколения се запазва непрекъснатостта на генетичната информация.

Продължителността на синтеза на ДНК в различните клетки не е еднаква и варира от няколко минути при бактерии до 6-12 часа при клетки на бозайници. След завършване на синтеза на ДНК – фаза Смитотичен цикъл - клетката не започва веднага да се дели. Периодът от края на синтеза на ДНК до началото на митозата се нарича фаза G2.През този период клетката завършва подготовката си за митоза: натрупва се АТФ, синтезират се протеини на ахроматиново вретено и центриолите се удвояват.

Процесът на правилно митотично клетъчно делене се състои от четири фази: профаза, метафаза, анафаза и телофаза.

IN профазаобемът на ядрото и клетката като цяло се увеличава, клетката се закръгля, намалява или спира своята функционална дейност(например амебоидно движение в протозои и в левкоцити на висши животни). Често изчезват специфични клетъчни структури (реснички и др.). Центриолите се разминават по двойки към полюсите, хромозомите спирализират и в резултат на това се удебеляват и стават видими. Четенето на генетична информация от ДНК молекулите става невъзможно: синтезът на РНК спира, ядрото изчезва. Между полюсите на клетката се опъват нишките на вретеното на делене - образува се апарат, който осигурява разминаването на хромозомите към полюсите на клетката. По време на профазата продължава спирализацията на хромозомите, които стават дебели и къси. В края на профазата ядрената мембрана се разпада и хромозомите са разпръснати произволно в цитоплазмата.

IN метафазаспирализацията на хромозомите достига максимум и скъсените хромозоми се втурват към екватора на клетката, разположен на еднакво разстояние от полюсите. Образува се екваториална или метафазна плоча. На този етап от митозата структурата на хромозомите е ясно видима, лесно е да ги преброите и да изучавате техните индивидуални характеристики.

Всяка хромозома има област на първично стесняване - центромера, към която нишката на вретеното и рамената са прикрепени по време на митозата. На етапа на метафазата хромозомата се състои от две хроматиди, свързани помежду си само в областта на центромера.

Всички соматични клетки на всеки организъм съдържат строго определен брой хромозоми. Във всички организми, принадлежащи към един и същи вид, броят на хромозомите в клетките е еднакъв: при домашни мухи - 12, при дрозофила - 8, при царевица - 20, при градински ягоди - 56, при речни ракови заболявания - 116, при хора - 46, при шимпанзета, хлебарка и пипер - 48. Както се вижда, броят на хромозомите не зависи от височината на организацията и не винаги показва филогенетична връзка. Следователно броят на хромозомите не служи като видоспецифична характеристика.Наборът от характеристики на хромозомния набор (кариотип) - формата, размера и броя на хромозомите - е характерен само за един вид растение или животно.

Броят на хромозомите в соматичните клетки винаги е сдвоен. Това се дължи на факта, че в тези клетки има две хромозоми с еднаква форма и размер: едната идва от бащиния, другата от майчиния организъм. Хромозоми, които са с еднаква форма и размер и носят едни и същи гени, се наричат ​​хомоложни. Хромозомният набор от соматична клетка, в който всяка хромозома има двойка, се нарича двойно,или диплоиден набор,и се означава с 2n. Количеството ДНК, съответстващо на диплоидния набор от хромозоми, се обозначава като 2c. Само една от всяка двойка хомоложни хромозоми навлиза в зародишните клетки, така че хромозомният набор от гамети се нарича единиченили хаплоиден.

Изследването на детайлите на структурата на хромозомите на метафазната плоча е много голямо значениеза диагностика на човешки заболявания, причинени от нарушения на структурата на хромозомите.

IN анафазавискозитетът на цитоплазмата намалява, центромерите се отделят и от този момент нататък хроматидите стават независими хромозоми. Влакната на вретеното, прикрепени към центромерите, издърпват хромозомите към полюсите на клетката, докато рамената на хромозомите пасивно следват центромера. Така в анафазата хроматидите на удвоените хромозоми, които все още са в интерфазата, точно се отклоняват към полюсите на клетката. В този момент в клетката има два диплоидни комплекта хромозоми (4n4c).

В последния етап - телофаза -хромозомите се развиват, деспирализират. Ядрената обвивка се образува от мембранните структури на цитоплазмата. При животните клетката се разделя на две по-малки чрез образуване на стеснение. При растенията цитоплазмената мембрана възниква в средата на клетката и се простира до периферията, разделяйки клетката наполовина. След образуването на напречната цитоплазмена мембранарастителните клетки имат целулозна стена. Така от една клетка се образуват две дъщерни клетки, в които наследствената информация точно копира информацията, съдържаща се в майчината клетка. Започвайки от първото митотично делене на оплодената яйцеклетка (зигота), всички дъщерни клетки, образувани в резултат на митоза, съдържат същия набор от хромозоми и същите гени. Следователно митозата е метод на клетъчно делене, който се състои в точното разпределение на генетичния материал между дъщерните клетки.

В резултат на митозата и двете дъщерни клетки получават диплоиден набор от хромозоми.

Митозата се инхибира от висока температура, високи дозийонизиращо лъчение, действието на растителни отрови. Една от тези отрови, колхицинът, се използва в цитогенетиката: той може да се използва за спиране на митозата на етапа на метафазната плоча, което позволява да се преброи броят на хромозомите и да се даде на всяка от тях индивидуална характеристика, т.е. извън кариотипизиране.

Таблица Митотичен цикъл и митоза (Т.Л. Богданов. Биология. Задачи и упражнения. Помощ за влизане в университети. М., 1991 )

		Процесът, който протича в клетката
Интерфаза (фаза между клетъчните деления)	Пресинтетичен период	Синтез на протеини. РНК се синтезира върху ненавити ДНК молекули
	Синтетичен период	Синтезът на ДНК е самоудвояване на ДНК молекулата. Изграждане на втория хроматид, в който преминава новообразуваната ДНК молекула: получават се двухроматидни хромозоми
	Постсинтетичен период	Синтез на протеини, съхранение на енергия, подготовка за делене
	Профаза (първа фаза на делене)	Двухроматидните хромозоми спирализират, нуклеолите се разтварят, центриолите се разминават, ядрената мембрана се разтваря, образуват се вретеновидни влакна
Фази на митоза	Метафаза (фаза на натрупване на хромозоми)	Вретеновидни нишки се прикрепят към центромерите на хромозомите, двухроматидните хромозоми са концентрирани в екватора на клетката
	Анафаза (фаза на разминаване на хромозомите)	Центромерите се делят, единичните хроматидни хромозоми се разтягат от нишки на вретено към полюсите на клетката
	Телофаза (крайна фаза на делене)	Еднохроматидните хромозоми се деспирализират, ядрото се образува, ядрената обвивка се възстановява, на екватора започва да се образува преграда между клетките, нишките на вретеното на делене се разтварят

Характеристики на митозата при растенията и животните

Време от един до следващ. Протича в два последователни етапа – интерфаза и самото делене. Продължителността на този процес е различна и зависи от вида на клетките.

Интерфазата е периодът между две клетъчни деления, времето от последното делене до смъртта на клетката или загубата на способност за делене.

През този период клетката расте и удвоява своята ДНК, както и митохондриите и пластидите. В интерфазата др органични съединения. Процесът на синтез е най-интензивен в синтетичния период на интерфазата. По това време ядрените хроматиди се удвояват, натрупва се енергия, която ще се използва по време на разделянето. Увеличава се и броят на клетъчните органели и центриоли.

Интерфазата заема почти 90% клетъчен цикъл. След нея протича митозата, която е основният начин за делене на клетките при еукариотите (организми, чиито клетки съдържат оформено ядро).

По време на митозата хромозомите се уплътняват и се образува специален апарат, който отговаря за равномерно разпределениенаследствена информация между клетките, които се образуват в резултат на този процес.

Преминава през няколко етапа. Характеризират се етапите на митозата индивидуални особеностии определена продължителност.

Фази на митоза

По време на митотичното клетъчно делене преминават съответните фази на митозата: профаза, след нея идва метафаза, анафаза, крайната е телофаза.

Фазите на митозата се характеризират със следните характеристики:

Който биологично значениепроцес на митоза?

Фазите на митозата допринасят за точното предаване на наследствената информация на дъщерните клетки, независимо от броя на деленията. В същото време всеки от тях получава 1 хроматид, който помага да се поддържа постоянството на броя на хромозомите във всички клетки, които се образуват в резултат на деленето. Това е митозата, която осигурява трансфера на стабилен набор от генетичен материал.

Помня!

Как според клетъчна теория, има увеличение на броя на клетките?

Смятате ли, че продължителността на живота на различните видове клетки в един многоклетъчен организъм е еднаква? Обосновете мнението си.

По време на раждането бебето тежи средно 3-3,5 kg и е високо около 50 cm, кафява мечка, чиито родители тежат 200 kg или повече, тежи не повече от 500 g, а малкото кенгуру тежи под 1 грам . Красив лебед израства от сиво невзрачно пиле, пъргава попова лъжичка се превръща в улегнала жаба, а огромен дъб расте от жълъд, засаден близо до къщата, който сто години по-късно радва нови поколения хора със своята красота. Всички тези промени са възможни благодарение на способността на организмите да растат и да се развиват. Дървото няма да се превърне в семе, рибата няма да се върне в яйцата - процесите на растеж и развитие са необратими. Тези две свойства на живата материя са неразривно свързани помежду си и се основават на способността на клетката да се дели и специализира.

Растежът на реснички или амеба е увеличаване на размера и усложняване на структурата на отделна клетка поради процеси на биосинтеза. Но растежът на многоклетъчния организъм е не само увеличаване на размера на клетките, но и тяхното активно делене - увеличаване на броя. Скоростта на растеж, характеристиките на развитието, размерът, до който може да нарасне даден индивид - всичко това зависи от много фактори, включително влиянието на околната среда. Но основният, определящ фактор във всички тези процеси е наследствената информация, която се съхранява под формата на хромозоми в ядрото на всяка клетка. Всички клетки на многоклетъчния организъм произхождат от едно оплодено яйце. В процеса на растеж всяка новообразувана клетка трябва да получи точно копиегенетичен материал, така че, притежавайки обща наследствена програма на организма, да се специализира и изпълнявайки своята специфична функция, да бъде неразделна част от цялото.

Във връзка с диференциацията, т.е. разделянето на различни видове, клетките на многоклетъчния организъм имат различна продължителност на живота. Например, нервни клеткиспрете да се разделяте едновременно пренатално развитие, а по време на живота на организма броят им може само да намалява. Веднъж възникнали, те вече не се делят и живеят толкова дълго, колкото тъканта или органът, от които са част, клетки, които образуват набраздени мускулни тъканипри животни и складови тъкани при растения. Клетките на червения костен мозък непрекъснато се делят, за да образуват кръвни клетки, които имат ограничен живот. В процеса на изпълнение на функциите си клетките на кожния епител бързо умират, следователно в зародишна зонаЕпидермалните клетки се делят много интензивно. Камбиалните клетки и клетките на растежния конус в растенията активно се делят. Колкото по-висока е специализацията на клетките, толкова по-ниска е способността им да се възпроизвеждат.

В човешкото тяло има около 10 14 клетки. Всеки ден умират около 70 милиарда клетки от чревния епител и 2 милиарда еритроцити. Най-краткотрайните клетки са чревният епител, чиято продължителност на живот е само 1-2 дни.

Жизненият цикъл на клетката. Периодът на живот на клетката от момента на появата й в процеса на делене до смъртта или края на последващото деленеНаречен жизнен цикъл. Клетката възниква в процеса на делене на майчината клетка и изчезва по време на собственото си делене или смърт. Продължителността на жизнения цикъл на различни клеткиварира значително и зависи от типа и условията на клетката външна среда(температура, наличие на кислород и хранителни вещества). Например, жизненият цикъл на амебата е 36 часа, а бактериите могат да се делят на всеки 20 минути.

Жизненият цикъл на всяка клетка е набор от събития, случващи се в клетката от момента, в който тя възниква в резултат на делене, до смъртта или последващата митоза. Жизненият цикъл може да включва митотичен цикъл, състоящ се от подготовка за митоза − интерфазаи самото делене, както и етапа на специализация – диференциация, по време на който клетката изпълнява специфичните си функции. Продължителността на интерфазата винаги е по-голяма от самото разделяне. В клетките на чревния епител на гризачите интерфазата продължава средно 15 часа, а деленето се извършва за 0,5–1 час. По време на интерфазата в клетката активно протичат процеси на биосинтеза, клетката расте, образува органели и се подготвя за следващо делене. Но със сигурност най-много важен процескоето се случва по време на интерфазата при подготовката за делене, е дублирането на ДНК (§).

Клетъчно делене. Митоза" class="img-responsive img-thumbnail">

Ориз. 52. Фази на митозата

Двете спирали на молекулата на ДНК се разминават и върху всяка от тях се синтезира нова полинуклеотидна верига. Репликацията на ДНК става с най-висока точност, което се осигурява от принципа на допълване. Новите ДНК молекули са абсолютно идентични копия на оригинала и след приключване на процеса на дублиране те остават свързани в областта на центромера. Наричат ​​се ДНК молекули, които изграждат хромозома след редупликация хроматиди.

В точността на процеса на редупликация има дълбок биологичен смисъл: нарушението на копирането би довело до изкривяване на наследствената информация и в резултат на това до нарушаване на функционирането на дъщерните клетки и на целия организъм като цяло.

Ако дублирането на ДНК не се случи, тогава с всяко клетъчно делене броят на хромозомите ще бъде намален наполовина и много скоро няма да останат никакви хромозоми във всяка клетка. Знаем обаче, че във всички клетки на тялото на многоклетъчния организъм броят на хромозомите е еднакъв и не се променя от поколение на поколение. Това постоянство се постига чрез митотично клетъчно делене.

Митоза. Митоза- това е разделяне, по време на което има строго идентично разпределение на точно копирани хромозоми между дъщерните клетки, което осигурява образуването на генетично идентични - идентични - клетки.

Целият процес на митотично делене е условно разделен на четири фази: профаза, метафаза, анафаза и телофаза (фиг. 52).

IN профазахромозомите започват активно да спирализират - усукват се и придобиват компактна форма. В резултат на такова опаковане четенето на информация от ДНК става невъзможно и синтезът на РНК спира. Хромозомната спирализация е предпоставкауспешно разделяне на генетичен материал между дъщерните клетки. Представете си някаква малка стая, целият обем на която е изпълнен с 46 нишки, обща дължинакоито са стотици хиляди пъти по-големи от размера на тази стая. Това е ядрото на човешката клетка. В процеса на редупликация всяка хромозома се удвоява и вече имаме 92 заплетени нишки в същия обем. Почти невъзможно е да ги разделите по равно, без да се объркате и без да ги разкъсате. Но навийте тези нишки на топки и лесно можете да ги разпределите на две равни групи - по 46 топки във всяка. Нещо подобно се случва по време на митотичното делене.

В края на профазата ядрената мембрана се разпада и влакната на вретеното се разтягат между полюсите на клетката - апарат, който осигурява равномерно разпределение на хромозомите.

IN метафазаспирализацията на хромозомите става максимална и компактните хромозоми се намират в екваториалната равнина на клетката. На този етап ясно се вижда, че всяка хромозома се състои от две сестрински хроматиди, свързани в центромера. Влакната на вретеното са прикрепени към центромера.

Анафазатече много бързо. Центромерите се разделят на две и от този момент сестринските хроматиди стават независими хромозоми. Влакната на вретеното, прикрепени към центромерите, издърпват хромозомите към полюсите на клетката.

На сцената телофазадъщерните хромозоми, събрани на полюсите на клетката, се развиват и разтягат. Те отново се превръщат в хроматин и стават слабо различими в светлинен микроскоп. Нови ядрени мембрани се образуват около хромозомите на двата полюса на клетката. Образуват се две ядра, съдържащи еднакви диплоидни набори от хромозоми.

Ориз. 53. Значение на митозата: А - растеж (върхът на корена); Б - вегетативно размножаване (пъпкуване на дрожди); B - регенерация (опашка на гущер)

Митозата завършва с разделянето на цитоплазмата. Едновременно с разминаването на хромозомите органелите на клетката са приблизително равномерно разпределени по двата полюса. в животински клетки клетъчната мембраназапочва да се издува навътре и клетката се дели чрез стесняване. В растителните клетки мембраната се образува вътре в клетката в екваториалната равнина и, разпространявайки се към периферията, разделя клетката на две равни части.

Значение на митозата.В резултат на митозата възникват две дъщерни клетки, съдържащи същия брой хромозоми, както е имало в ядрото на майчината клетка, т.е. образуват се клетки, идентични на родителската клетка. IN нормални условияследователно не настъпват промени в генетичната информация по време на митозата митотично деленеподдържа генетична стабилностклетки. Митозата е в основата на растежа, развитието и вегетативното размножаване многоклетъчни организми. Благодарение на митозата се извършват процесите на регенерация и заместване на умиращи клетки (фиг. 53). При едноклетъчните еукариоти митозата осигурява безполово размножаване.

Прегледайте въпроси и задачи

1. Какъв е жизненият цикъл на клетката?

2. Как се случва дублирането на ДНК в митотичния цикъл? Какъв е смисълът на този процес?

3. Каква е подготовката на клетката за митоза?

4. Опишете последователно фазите на митозата.

5. Какво е биологичното значение на митозата?

<<< Назад

Напред >>>