Простое или прямое деление. Чередование поколений с бесполым и половым размножением. Открытие клеточного деления
Большинство организмов, обычно размножающихся бесполым путем, способно к половому размножению. При этом ряд поколений с бесполым размножением сменяется поколением особей, размножающихся с помощью гамет или же осуществляющих половой процесс. Вслед за этим вновь наблюдается бесполое размножение. Смена (чередование ) половых и бесполых поколений происходит у разных видов с разной периодичностью, регулярно или через неодинаковые промежутки времени.
Что такое митоз? Охарактеризуйте фазы митоза
Процесс ядерного деления в живой клетке, посредством которого носители наследственной информации или хромосомы точно воспроизводятся, и две копии распределяются на идентичные дочерние ядра. Митоз почти всегда сопровождается делением клеток, а последний иногда считается частью митотического процесса. Картина митоза принципиально одинакова во всех клетках. Однако, в то время как клетки животных, по-видимому, делятся путем защемления на две отдельные клетки, растительные клетки развивают клеточную пластинку, которая становится клеточной стенкой целлюлозы между двумя дочерними клетками.
Первичное чередование поколений заключается в смене полового размножения спорообразованием. Оно наблюдается у представителей классов споровиков, жгутиконосцев, некоторых растений и отражает сохранение в филогенезе соответствующих организмов как более древней (бесполой), так и более прогрессивной (половой) форм размножения. Вторичное чередование поколений заключается в переходе на некоторых стадиях жизненного цикла к бесполому или партеногенетическому размножению животных, освоивших половое размножение. Оно распространено у кишечнополостных, членистоногих.
Важность митоза заключается в поддержании хромосомного набора; каждая сформированная клетка принимает хромосомы, которые одинаковы по составу и равны по количеству хромосомам исходной клетки. Митоз просто описывается как имеющий четыре стадии - профазу, метафазу, анафазу и телофазу; шаги следуют друг за другом без перерыва. Весь процесс четырехступенчатого деления в среднем составляет около одного часа, а период между делениями клеток, называемый интерфазой или интеркинезом, сильно различается, но значительно длиннее.
Во время интерфазы хромосомы рассеиваются в ядре и появляются как сеть длинных тонких нитей или нитей, называемых хроматинами. В какой-то момент до начала профазы хромосомы реплицируются, образуя пары одинаковых сестринских хромосом или хроматид; дезоксирибозная нуклеиновая кислота хромосом синтезируется только во время интерфазы, а не во время митоза.
Включение в цикл развития организмов, размножающихся преимущественно бесполым путем, полового поколения время от времени активизирует комбинативную изменчивость и этим способствует преодолению генетического однообразия потомков, расширяя эволюционные и экологические перспективы группы.
Основные типы деления эукариотических клеток.
Выделяют три способа деления эукариотических клеток:
Во время профазы две хроматиды остаются прикрепленными друг к другу в области, называемой центромером, но каждая из них сжимается в компактное плотно свернутое тело; ядро и в большинстве случаев ядерная оболочка разрушается и исчезает. Также во время профазы начинает формироваться шпиндель. В клетках животных центриоли отделяются и раздвигаются, и вокруг них появляются излучающие пучки волокон, называемые астры. Некоторые наборы волокон проходят от одного центриоля к другому; это шпиндельные волокна.
В растительных клетках шпиндель образуется без центриолей. Во время метафазы хромосомы собираются на плоскости посередине между двумя концами, к которым шпиндель сужается. Это называется экваториальной плоскостью и обозначает точку, где вся ячейка будет разделяться при завершении ядерного деления; концы шпинделя представляют собой полюса, на которые хроматиды будут мигрировать. Хроматиды прикреплены к волокнам шпинделя в центромерах.
Амитоз (или прямое деление клетки ), происходит в соматических клетках эукариот реже, чем митоз. Впервые он описан немецким биологом Р. Ремаком в 1841г., термин предложен гистологом В. Флеммингом позднее – в 1882г. В большинстве случаев амитоз наблюдается в клетках со сниженной митотической активностью: это стареющие или патологически измененные клетки, часто обреченные на гибель (клетки зародышевых оболочек млекопитающих, опухолевые клетки и др.). При амитозе морфологически сохраняется интерфазное состояние ядра, хорошо видны ядрышко и ядерная оболочка. Репликация ДНК отсутствует. Спирализация хроматина не происходит, хромосомы не выявляются. Клетка сохраняет свойственную ей функциональную активность, которая почти полностью исчезает при митозе. При амитозе делится только ядро, причем без образования веретена деления, поэтому наследственный материал распределяется случайным образом. Отсутствие цитокинеза приводит к образованию двуядерных клеток, которые в дальнейшем не способны вступать в нормальный митотический цикл. При повторных амитозах могут образовываться многоядерные клетки.
Основные типы деления эукариотических клеток
Во время анафазы две хроматиды каждой хромосомы отделяются и перемещаются в противоположные полюса, как если бы они тянули вдоль волокон веретена центромерами. Во время телофазы появляются новые ядерные оболочки вокруг двух групп дочерних хромосом, появляются новые ядрышки и, в конце концов, по мере завершения образования двух дочерних ядер волокна веретена исчезают. Хромосомы разматываются, чтобы принять их диспергированное распределение внутри межфазного ядра. Цитокинез, который может начаться до или после митоза, завершается, наконец, отделяет дочерние ядра на две новые отдельные дочерние клетки.
Мито́з (от греч. mitos - нить) - непрямое деление клетки, кариокинез, наиболее распространенный способ репродукции эукариотических клеток. Биологическое значение митоза состоит в строго одинаковом распределении реплицированных хромосом между дочерними ядрами, что обеспечивает образование генетически идентичных дочерних клеток и сохраняет преемственность в ряду клеточных поколений.
Значительная разница в степени и сроках этих этапов существует у разных видов, и клетки могут быть классифицированы по их митотическим характеристикам. Несмотря на относительную легкость наблюдения за физическими стадиями митоза под микроскопом, точная химическая и кинетическая природа митоза еще не полностью понята. Например, было определено, что шпиндель состоит в основном из тонких удлиненных трубочек, называемых микротрубочками, но их функции еще предстоит понять.
Митотическое деление - это метод ядерного деления соматических клеток, в отличие от гамет или половых клеток. При половом размножении, т.е. объединением двух гамет, происходит сложный процесс мейоза, который продуцирует клетки, каждая из которых содержит только половину нормального числа хромосом. Прямое деление клеток, в котором ядро просто расщепляется на две части, называется амитозом и встречается очень редко.
Мейоз (от греч. meiosis - уменьшение) или редукционное деление клетки - деление ядра эукариотической клетки с уменьшением числа хромосом в два раза.
Жизненный цикл клетки .
Жизненный цикл клетки представляет собой промежуток времени от момента возникновения клетки в результате деления до ее гибели или до последующего деления.
Жизненный цикл клетки
Митоз. В Энциклопедии Колумбии, Пол Лагассе и Колумбийском университете. 7-е изд. Энциклопедия генома человека. Митоз - это процесс, при котором вновь реплицированные хромосомы передаются в две дочерние клетки после деления клеток. Энциклопедия семян: наука, техника и использование.
Ключевое различие митоза и амитоза
Эукариотические клетки являются одним из двух типов клеток, которые могут быть классифицированы отдельным организмом. Основным отличительным фактором эукариотической клетки из прокариотической клетки является наличие ядерной оболочки. Прокариотические клетки обычно меньше, чем эукариотические клетки.
В это время клетка растет, специализируется и выполняет свои функции в составе ткани и органов многоклеточного организма. В некоторых тканях, где клетки непрерывно делятся, жизненный цикл совпадает с митотическим циклом.
Совокупность последовательных и взаимосвязанных процессов в период подготовки клетки к делению, а также на протяжении самого митоза называется митотическим циклом.
Эукариотические клетки содержат много других связанных с мембраной органелл, таких как митохондрии, эндоплазматический ретикулум или тело гольджи, которые содержатся в цитоплазме. Примеры эукариотических клеток включают животных, грибы, растения и проти. Организмы, содержащие эукариотические клетки, могут быть либо многоклеточными организмами, такими как млекопитающие и растения, или одноклеточные микроорганизмы, такие как дрожжи.
Фундаментальные свойства клеток. Все организмы состоят из клеток. Все клетки простейших и наиболее сложных организмов имеют некоторые основные фундаментальные свойства, которые можно увидеть на биохимическом уровне. Все клетки заключены в плазматическую мембрану, которая отделяет содержимое клетки от ее окружения. Внутренняя среда клетки, заключенная в плазматическую мембрану, называется цитоплазмой, которая состоит из водного раствора, называемого цитозолем.
Различают два периода Ж.Ц.: интерфазу и митоз. Интерфаза, в свою очередь, подразделяется на 3 этапа: предсинтетический, ситетический, постсинтетический. G1 следует сразу за делением. В это время в клетке происходит синтез и накопление РНК и белков, необходимые для образования клеточных структур. Это самый длительный период, когда клетка выполняет все необходимые ей функции. В S периоде происходит самоудвоение ДНК и поэтому к концу периода его количество удваивается. В G2 периоде идет накопление энергии в виде молекул АТФ, необходимой для последующего деления.
Рибосомы и протеасомы являются примерами некоторых органелл, которые суспендированы в цитозоле. Генетическая информация хранится в ядре. Все прокариоты имеют нуклеоид, который не отделен от цитоплазмы ядерной оболочкой. Поэтому определяющей особенностью эукариотической клетки является наличие ядерной оболочки.
Еще одна замечательная вещь стоит отметить, что отличительные черты, которые определяют «жизнь», отображаются даже на клеточном уровне. Все ячейки проявляют высокую степень химической сложности и организации. Клетки способны извлекать, трансформировать и использовать энергию из окружающей среды. Органеллы, составляющие клетку, имеют свои определенные функции, и взаимодействия между органеллами сильно регулируются. Клетки могут ощущать и реагировать на изменения в окружающей среде. Клетки могут точно реплицироваться и собираться.
Деление клетки включает 2 этапа: деление ядра - кариокинез , деление цитоплазмы - цитокинез. Биологическое значение митоза заключается в точном идентичном распределении генетической информации между дочерними клетками. В процессе митоза последовательно протекает пять фаз: профаза, прометафаза, метафаза, анафаза, телофаза.
Основные особенности амитоза
Кроме того, они могут со временем меняться постепенно путем постепенной эволюции. Известно, что прокариотические клетки гораздо менее сложны, чем эукариотические клетки, поскольку эукариотические клетки обычно считаются присутствующими в более позднее время эволюции. Вероятно, эукариотические клетки эволюционировали из клеток прокариотических клеток. Эти различия в сложности можно увидеть на клеточном уровне. Хромосомы содержатся в ядре с ядерной оболочкой.
Мембранные связанные органеллы отсутствуют в прокариотических клетках. Известно, что эукариотические клетки являются многоклеточным организмом, имеющим мембранные замкнутые органеллы. Множество связанных с мембраной органелл можно найти в эукариотических клетках, каждая из которых имеет соответствующую функцию.
В начале профазы в ядре становятся видны тонкие нити - это профазные хромосомы. По мере спирализации ДНК хромосомы укорачиваются и утолщаются. Одновременно происходит разрушение ядрышка. Часть его расходуется на спирадизацию хромосом. К концу профазы хорошо видно, что каждая X состоит из 2-х хроматид, т.е. количество ДНК удвоено (2n4c). В это время происходит образование веретена деления. Профаза завершается распадом ядерной оболочки.
Прокариоты просто делятся делением, которое более сложные эукариот проходят через митоз, которые включают митотический шпиндель, который удерживает хромосомы во время деления клеток. Митоз - более организованная версия клеточного деления, где вся генетическая информация и связанные с мембраной органеллы точно идентичны в дочерних клетках, как и в материнской клетке.
Большинство прокариот просто поглощают питательные вещества из окружающей среды, но некоторые фотосинтезируют. У эукариот, с другой стороны, есть сложные пищеварительные системы, которые позволяют принимать внутрь питательные вещества и выделять азотные отходы. Некоторые эукариот проходят фотосинтез с помощью хлоропластов.
В прометафазе X располагаются свободно в цитоплазме в области бывшего ядра и начинают движение к экватору клетки, т.к. в центре цитоплазма разжижается и это способствует свободному перемещению X. Кроме этого, в цитоплазме продолжает формироваться веретено деления.
В метафазу X характеризуются пиком спирализации, щель между хроматидами максимальна, соединяются они только в области центромер. Хромосомы располагаются в области экватора и лежат в одной плоскости. Нити веретена прикрепляются к центромерам.
Способы деления эукариотических клеток: митоз, мейоз, амитоз
Прокариоты не имеют связанных с мембраной органелл, следовательно, нет митохондрий. Вместо этого у них есть окислительные ферменты, связанные с их плазматической мембраной для энергетического обмена. Различные виды прокариотов проявляют большую вариацию в их метаболическом характере.
Что представляет собой простое бинарное деление?
Напротив, эукариоты имеют эти окислительные ферменты, упакованные в их митохондрии, и они демонстрируют более унифицированную картину окислительного метаболизма, которая включает цикл кребов и цепь переноса электронов. Электронные транспортные системы для эукариотических клеток расположены во внутренней мембране митохондрий, в то время как в прокариотических клетках они расположены в цитоплазматической мембране.
Анафаза начинается с одновременного расхождения хроматид (сестринских хромосом) к полюсам клетки.
Телофаза - стадия реконструкции дочерних ядер. В это время происходят процессы противоположные таковым в профазу. Хромосомы деспирализуются, востанавливается ядрышко и ядерная оболочка. Параллельно этому идет цитокинез. В клетках животных этот процесс начинается с образования в экваториальной зоне перетяжки, которая, все более углубляясь, отделяет наконец, сестринские клетки друг от друга. В клетках растений разделение цитоплазмы начинается во внутренней области материнской клетки. Здесь мелкие пузырьки ЭПС сливаются, образуя клеточную мембрану.
Прокариоты не имеют такого рода. У эукариот сложный массив цитоскелета, который состоит из микротрубочек, промежуточных нитей и актиновых филаментов. Этот белок-развитый цитоскелет усиливает внешнюю структуру клетки, чтобы помочь с жесткостью клеточного и внутриклеточного транспорта.
В прокариотических клетках внутриклеточное движение отсутствует. Из-за присутствия цитоскелета внутриклеточное движение возможно в эукариотических клетках. Растительные клетки имеют прямоугольную структуру, которая закрыта клеточной стенкой из целлюлозы. Растительная клетка также содержит пластиды, основную вакуоль, глиоксисомы и хлоропласты, кроме ядра и других общих органелл с клеткой животных. Основная вакуоль растения может занимать до 90% объема ячейки и используется для хранения воды.
Способы деления эукариотических клеток: митоз, мейоз, амитоз Митотический цикл. Митоз
Митоз
- основной способ деления эукариотических клеток, при котором сначала происходит удвоение, а затем равномерное распределение между дочерними клетками наследственного материала.
Митоз представляет собой непрерывный процесс, в котором выделяют четыре фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Перед митозом происходит подготовка клетки к делению, или интерфаза. Период подготовки клетки к митозу и собственно митоз вместе составляют митотический цикл . Ниже приводится краткая характеристика фаз цикла.
Клетки животных заключены в плазматическую мембрану из фосфолипидного бислоя и белков. В отличие от растительной клетки, клетка-животное имеет центриоли, лизосомы и жгутики. Жгутики необходимы для движения клеток. Примеры животных клеток включают мышечные клетки, нейроны и клетки кожи.
Грибы - эукариоты, которые в основном многоклеточные с клеточными структурами, имитирующими как растения, так и животных. Грибы содержат клеточные стенки, такие как растения, но в отличие от растений они состоят из хитина. Однако грибы не создают свою собственную пищу, и, подобно животным, хранят свою пищу в виде гликогена. Фунгусные клетки уникальны тем, что они состоят из гиф, нитей, которые содержат внутренние переходы, называемые перегородками.
Интерфаза состоит из трех периодов: пресинтетического, или постмитотического, - G1, синтетического - S, постсинтетического, или премитотического, - G2.
^ Пресинтетический период (2n 2c, где n - число хромосом, с - число молекул ДНК) - рост клетки, активизация процессов биологического синтеза, подготовка к следующему периоду.
^ Синтетический период (2n 4c) - репликация ДНК.
Постсинтетический период (2n 4c) - подготовка клетки к митозу, синтез и накопление белков и энергии для предстоящего деления, увеличение количества органоидов, удвоение центриолей.
Профаза (2n 4c) - демонтаж ядерных мембран, расхождение центриолей к разным полюсам клетки, формирование нитей веретена деления, «исчезновение» ядрышек, конденсация двухроматидных хромосом.
Метафаза (2n 4c) - выстраивание максимально конденсированных двухроматидных хромосом в экваториальной плоскости клетки (метафазная пластинка), прикрепление нитей веретена деления одним концом к центриолям, другим - к центромерам хромосом.
Анафаза (4n 4c) - деление двухроматидных хромосом на хроматиды и расхождение этих сестринских хроматид к противоположным полюсам клетки (при этом хроматиды становятся самостоятельными однохроматидными хромосомами).
Телофаза (2n 2c в каждой дочерней клетке) - деконденсация хромосом, образование вокруг каждой группы хромосом ядерных мембран, распад нитей веретена деления, появление ядрышка, деление цитоплазмы (цитотомия). Цитотомия в животных клетках происходит за счет борозды деления, в растительных клетках - за счет клеточной пластинки.
^ Биологическое значение митоза.
Образовавшиеся в результате этого способа деления дочерние клетки являются генетически идентичными материнской. Митоз обеспечивает постоянство хромосомного набора в ряду поколений клеток. Лежит в основе таких процессов, как рост, регенерация, бесполое размножение и др.
Мейоз
Мейоз
- это особый способ деления эукариотических клеток, в результате которого происходит переход клеток из диплоидного состояния в гаплоидное. Мейоз состоит из двух последовательных делений, которым предшествует однократная репликация ДНК.
^ Первое мейотическое деление (мейоз 1) называется редукционным, поскольку именно во время этого деления происходит уменьшение числа хромосом вдвое: из одной диплоидной клетки (2n 4c) образуются две гаплоидные (1n 2c).
Интерфаза 1 (в начале - 2n 2c, в конце - 2n 4c) - синтез и накопление веществ и энергии, необходимых для осуществления обоих делений, увеличение размеров клетки и числа органоидов, удвоение центриолей, репликация ДНК, которая завершается в профазе 1.
