Скачать презентацию Деление клеток Общие положения Деление
Биология_4_Деление клеток.pptx
- Количество слайдов: 18
Скачать презентацию Деление клеток Общие положения Деление
Скачать презентацию Деление клеток Общие положения Деление
Деление клеток
Общие положения • • Деление клетки это образование из одной клетки двух и более дочерних. Этот процесс осуществляет возможность и роста, и размножения организмов. Значение процесса деления клеток Важнейшее значение размножения клетки, помимо процесса роста, состоит в том, что оно обеспечивает непрерывную последовательность клеток, обладающих идентичными свойствами. В противном случае вид не мог бы продолжать, свое существование. Для того, чтобы две клетки вели себя одинаково, они должны содержать одни и те же нуклеиновые кислоты и белки и притом в одинаковых количествах. Удвоение хромосом по всей их длине с образованием идентичных хроматид и расхождение последних к разным полюсам в анафазе должны происходить с абсолютной точностью. Бывают, конечно, случайности и отклонения ведь без них не могла бы происходить эволюция, но число их относительно невелико. По современным представлениям ошибки дупликации ДНК в процессе деления клетки постоянны и неизбежны. По данным Е. Кунина в норме число шибок на один акт дупликации обычно варьирует от одной до десяти. Большее число ошибок грозит самому существованию клетки, отсутствие ошибок сужает рамки допустимой изменчивости.
Общие положения (продолжение) • • Клеточное размножение у одноклеточных opганизмов, конечно, эквивалентно точному воспроизведению особей и приводит к увеличению числа организмов данного типа. Поэтому и клеточное размножение это акт выживания, ибо клетки, которые не размножаются, в конечном счёте, обречены на вымирание. Размножение и связанный с ним рост вносят в клетку свежие материалы и эффективно препятствуют старению, сообщая клетке потенциальное бессмертие. У многоклеточных организмов образование новых клеток путём дупликации создает возможность для разделения труда, при котором изначально идентичные клетки и группы клеток специализируются для выполнения различных функций. При таком подходе клеточное деление представляет собой первый шаг на пути к дифференцировке. Но в то же самое время оно превращается в акт, противоположный выживанию: дифференцировка – это, вместе с тем, и первый шаг на пути к гибели, поскольку дифференцированные клетки утрачивают способность к делению. Таким образом, роль клеточного деления зависит от типа делящихся клеток и от последствий деления для данного организма.
Деление клеток прокариот • Деление прокариотических клеток – процесс образования дочерних прокариотических клеток из материнской. Ключевыми событиями клеточного цикла как прокариот, так и эвкариот являются репликация ДНК. Отличительной чертой деления прокариотических клеток является непосредственное участие реплицированной ДНК в процессе деления. В подавляющем большинстве случаев прокариотические клетки делятся с образованием двух одинаковых по размеру дочерних клеток, поэтому этот процесс ещё иногда называют бинарным делением. Так как чаще всего прокариотические клетки имеют клеточную стенку, бинарное деление сопровождается образованием септы – перегородки между дочерними клетками, которая затем расслаивается посередине. Способы деления у прокариот: равновеликое бинарное деление (А), почкование (Б) и множественное деление (В).
Деление клеток эвкариот • • Существует два типа деления эвкариотических клеток: митоз и мейоз. Первый умножает число соматических клеток, второй приводит к образованию половых (репродуктивных) клеток. Митоз. Этот тип деления является частью так называемого клеточного цикла. Клеточный цикл – это период существования клетки от момента её образования путем деления материнской клетки до собственного деления или гибели. У большинства активно делящихся клеток длительность клеточного цикла или периода между митозами составляет примерно 10 -24 ч. Фазы клеточного цикла эвкариот. Клеточный цикл эвкариот состоит из двух периодов: период клеточного роста, называемый «интерфаза» , во время которого идет синтез ДНК и белков, дупликация ДНК и осуществляется подготовка к делению клетки, и период собственно клеточного деления, называемый «фаза М» (от слова mitosis – митоз). Интерфаза состоит из нескольких периодов: G 1 -фазы (от англ. gap – промежуток), или фазы начального роста, во время которой идет синтез м. РНК, белков, других клеточных компонентов; S-фазы (от англ. synthesis – синтез), во время которой идет репликация ДНК клеточного ядра, также происходит удвоение центриолей (если они, конечно, есть); G 2 -фазы, во время которой идет подготовка к митозу: накапливается АТФ, синтезируются белки веретена, в клетках животных удваиваются центриоли.
Репликация ДНК • • Репликация ДНК в интерфазе клеточного цикла, а именно в S-фазе интерфазы нуждается в отдельном пояснении. Спираль родительской ДНК раскручивается, и комплементарные (соединенные строго определенным образом: аденин с тимином, цитозин с гуанином) цепи (нити) отделяются одна от другой в результате разрыва слабых водородных связей между комплементарными основаниями (нуклеотидами). Сами нити ДНК не разрываются, благодаря прочности их фосфатных связей между линейно расположенными нуклеотидами. Теперь каждая нить служит матричной цепью. Далее происходит спаривание между нуклеотидами (основаниями) каждой из двух разделившихся нитей (матричных цепей) и свободными нуклеозидтрифосфатами. Последние связываются между собой фосфатными (фосфодиэфирными) связями, образуя новые полинуклеотидные цепи. Таким образом, получаются две идентичные молекулы ДНК. В разделении родительских цепей и образовании новых полинуклеотидных цепей участвует фермент ДНК-полимераза (затемненный круг на рисунке) и другие ферменты. Период клеточного деления (фаза М) включает две стадии: кариокинез (деление клеточного ядра) и цитокинез (деление цитоплазмы).
В свою очередь, митоз делится на пять стадий (рис. 4. 4). В профазе увеличивается объем ядра и клетки в целом, снижается или прекращается ее функциональная активность. Хромосомы спирализуются и вследствие этого утолщаются, становятся видимыми. Считывание генетической информации с молекул ДНК становится невоз-можным: синтез РНК прекращается, ядрышко исчезает. Между полюсами клетки протягиваются нити веретена деления – формируется аппарат, обеспечивающий расхождение хромосом к полюсам клетки.
Митоз • • • На протяжении всей профазы продолжается спирализация хромосом, которые становятся толстыми и короткими. В конце профазы ядерная оболочка распадается и хромосомы оказываются беспорядочно (может быть и не совсем беспорядочно) рассеянными в цитоплазме. Число хромосом в соматических клетках всегда парное. Это объясняется тем, что в митотических клетках находятся две одинаковые по форме и размерам хромосомы: одна происходит от отцовского, другая – от материнского организма. Хромосомы, одинаковые по форме и размерам и несущие одинаковые гены, называются гомологичными. Хромосомный набор соматической клетки, в котором каждая хромосома имеет себе пару, носит название двойного, или диплоидного набора, и обозначается 2 n. Количество ДНК, соответствующее диплоидному набору хромосом, обозначают как 2 с. В половые клетки из каждой пары гомологичных хромосом попадает только одна, поэтому хромосомный набор гамет называется одинарным или гаплоидным и обозначается 1 n 1 с. В метафазе спирализация хромосом достигает максимума, и укороченные хромосомы устремляются к экватору клетки, располагаясь на равном расстоянии от полюсов. Образуется так называемая экваториальная, или метафазная, пластинка. На этой стадии митоза отчетливо видна структура хромосом, их легко сосчитать и изучить их индивидуальные особенности.
А. Схема клеточного деления – митоза: я – ядро; ц – цитоплазма; цн – центриоль ( у растений отсутствует); хр – хромоцентр; яд – ядрышко; вр – веретено деления клетки. Б. Схема изменения внешнего вида хромосом на разных стадиях митоза: 1 – хромосомы в интерфазе; 2 -7 – хромосомы при переходе к клеточному делению: 2 -4 – в профазе, 5 -6 – в прометафазе и метафазе, 7 – в анафазе; 8 – в телофазе. Светлыми кружочками обозначена центромера – участок хромосомы, соединяющийся с нитями веретена деления клетки.
Ещё о хромосомах • • В каждой хромосоме имеется область первичной перетяжки – центромера, к которой во время митоза присоединяются нить веретена деления и плечи. На стадии метафазы хромосома состоит из двух хроматид, соединенных между собой только в области центромеры. Во всех соматических клетках любого организма содержится строго определенное число хромосом. У всех организмов, относящихся к одному виду, число хромосом в клетках одинаково: у дрозофилы – 8, у кукурузы – 20, у земляники садовой – 56, у берёзы повислой – 28, у берёзы пушистой – 56; у человека – 46, у шимпанзе, таракана и перца – 48. Как видно, число хромосом не зависит от систематического положения или высоты организации таксона и не всегда указывает на филогенетическое родство. Число хромосом, таким образом, не служит видоспецифическим признаком. Но совокупность признаков хромосомного набора (кариотип) – форма, размеры и число хромосом – свойственна только одному какому-то виду растений или животных. В анафазе вязкость цитоплазмы уменьшается, хромосомы в зоне центромеры разъединяются, и с этого момента хроматиды становятся самостоятельными хромосомами. Нити веретена деления, прикрепленные к центромерам, «тянут» хромосомы к полюсам клетки, а плечи хромосом при этом пассивно следуют за центромерой. Таким образом, в анафазе хроматиды удвоенных еще в интерфазе хромосом точно расходятся к полюсам клетки. В этот момент в клетке находятся два диплоидных набора хромосом (4 n 4 с).
Митоз (продолжение) • • • В заключительной стадии, телофазе, хромосомы раскручиваются, деспирализуются. Из мембранных структур цитоплазмы образуется ядерная оболочка. У животных клетка делится на две меньших размеров путем образования перетяжки. У растений цитоплазматическая мембрана (фрагмопласт) возникает в середине клетки и распространяется к периферии, разделяя клетку пополам. После образования поперечной цитоплазматической мембраны у растительных клеток появляется целлюлозная стенка. Так из одной клетки формируются две дочерние, в которых наследственная информация точно копирует информацию, содержавшуюся в материнской клетке. Начиная с первого митотического деления оплодотворенной яйцеклетки (зиготы) все дочерние клетки, образовавшиеся в результате митоза, содержат одинаковый набор хромосом и одни и те же гены. Следовательно, митоз – это способ деления клеток, заключающийся в точном распределении генетического материала между дочерними клетками. По современным представлениям в процессе дупликации ДНК обычно наблюдаются случайные ошибки (в норме от одной до десяти). Эти ошибки являются одной из причин наследственной изменчивости. В результате митоза обе дочерние клетки получают диплоидный набор хромосом. (Торможение митоза, колхицин. )
Мейоз • • • Мейоз – форма клеточного деления при образовании половых клеток. Сопровождается уменьшением числа хромосом с диплоидного 2 n до гаплоидного n. В исходной клетке происходит однократное удвоение хромосом (дупликация), за которым следует 2 цикла своеобразных, в общих чертах похожих на митотические, делений, каждое из которых подразделяют на определённые фазы и стадии. Одна диплоидная клетка в результате мейоза дает 4 гаплоидных. Первое деление. Интерфаза 1. Увеличение числа органелл, увеличение клетки в размерах. Дупликация хромосом. 2 n 4 с. Профаза 1. Самая продолжительная фаза, разделяется на 5 стадий: - лептотена – спирализация, усиление компактности хромосом; - зиготена – гомологичные хромосомы сближаются и образуют пары – биваленты, сближенные хромосомы как-бы слипаются – коньюгация (синапс) – сначала в нескольких точках, потом по всей длине; - пахитена – обмен участками ДНК – кроссинговер; в точках перекрещивания хромосом, в кроссоверных участках, образуются мостики – хиазмы; - диплотена – деспираллизация и частичное расхождение гомологичных хромосом, хиазмы пока сохраняются; - диакинез – хиазмы исчезают, хромосомы полностью уплотняются и хорошо видны в световом микроскопе; ядерная оболочка и ядрышко исчезают, центриоли (в клетках животных) мигрируют к полюсам клетки, образуется веретено деления.
Мейоз (продолжение) • • Второе деление. Интерфаза 2. Происходит только в животных клетках, короткая; репликации ДНК не происходит. Профаза 2. Ядрышки и ядерные мембраны разрушаются, хроматиды укорачиваются. Образуется веретено деления. Метафаза 2. Хромосомы выстраиваются в плоскости экватора. Анафаза 2. Центромеры делятся, биваленты разделяются на две сестринские хроматиды и направляются к противоположным полюсам. Отделившиеся друг от друга хроматиды теперь являются хромосомами. На каждом полюсе формируется гаплоидный набор хромосом. Телофаза 2. Хромосомы деспирализуются. Нити веретена деления исчезают. Вокруг хромосом формируется ядерная оболочка. Образуются клетки с гаплоидным набором хромосом 1 n 1 с. Таким образом, в результате мейоза одна диплоидная клетка дает 4 гаплоидных (половых) клетки с измененными в результате кроссинговера хромосомами.
Схема поведения хромосом «условной» клетки при мейозе. А – изображено диплоидное ядро клетки, содержащее 3 пары хромосом (1 и 1' – первая пара гомо-логичных хромосом, 2 и 2' – вторая пара, 3 и 3' – третья пара). 2 n = 6. Происходящие от материнского организма 3 хромосомы – светлые, цифры без штриха; парные им гомологичные хромосомы, происходящие от отцовского организма, зачернены, цифры со штрихом. Гомологичные хромосомы обозначены общим номером. Каждая хромосома состоит из двух хроматид. Удвоения хромосом перед первым делением не показано. Б – слияние гомологичных хромосом. На этой стадии гомологичные хромосомы обмениваются между собой отдельными участками. В результате происходит некоторое перераспределение материнского и отцовского наследственного материала между хромосомами (кроссинговер).
Продолжение подписи к рисунку • В – образуются нити веретена, прикрепляющиеся к хромосомам, исчезает оболочка ядра. Г – гомологичные хромосомы расходятся к противоположным полюсам клетки, у полюсов оказывается по одной гомологичной хромосоме из каждой пары, общее число хромосом у каждого полюса вдвое меньше, чем в исходном ядре А. Д – образуются два ядра с гаплоидным набором хромосом в каждом; в одно из них попало больше "бабушкиных" (светлых, материнских по отношению к ядру А) и меньше "дедушкиных" (зачерненных, отцовских по отношению к ядру А) хромосом, в другое – наоборот; таким образом, новые ядра не вполне тождественны другу по составу своего наследственного вещества; их различие обусловлено также и кроссинговером, происходящим с хромосомами на стадии B. Е и Ж – митотическое деление каждого из гаплоидных ядер (в интерфазе второго деления хромосомы удваиваются). Д: продольное расщепление каждой хромосомы, расхождение хромосом к полюсам, образование двух гаплоидных ядер из каждого ядра Д. В итоге появилось 4 клетки с гаплоидными ядрами вместо одной клетки с диплоидным набором хромосом.
Схема кроссинговера во время мейоза: 1 – две гомологичные хромосомы, каждая из которых состоит из двух сестринских хроматид; 2 – гомологичные хромосомы сплелись друг с другом; 3 – каждая хромосома расщепляется на составляющие ее хроматиды; хромосомы начинают отталкиваться друг от друга и расходиться, но в некоторых точках (на рисунке в четырех) они остаются связанными; в центральной петле сдвоены сестринские хроматиды, а в обеих крайних петлях – не сестринские; точки, где возможен кроссинговер, показаны стрелками; 4 – хроматиды обменялись участками, и хромосомы, претерпев как бы взаимную гибридизацию, расходятся; 5 – две разошедшиеся, но уже «гибридные» хромосомы ( в отличие от показанных на 1).
Заключение темы • • • Мейоз создает возможность для возникновения новых генных комбинаций, что ведет к изменениям в генотипе и фенотипе потомства, т. е. является основой генотипической изменчивости (три механизма возникновения изменчивости – кроссинговер, независимое расхождение бивалентов в первом мейотическом делении, расхождение гомологичных хромосом и аллельных генов в разные гаметы). В результате получаются особи, генетически отличные от обоих родителей. Так обеспечивается разнообразие особей одного вида, и создаются предпосылки к освоению разнообразных условий обитания и большей приспособленности к изменяющимся условиям среды. Деление клеток приводит к диалектически противоречивым последствиям. С одной стороны, это – достаточно точная передача наследственной информации в ряду поколений делящихся клеток, с другой – не абсолютная точность передачи этой информации, сохраняющая или повыщающая генотипическую изменчивость организмов. Такое единство противоречивых начал, видимо, лежит в основе устойчивости популяций и организмов в условиях нестабильности факторов внешней среды. Поскольку деление клеток это не только поддержание существования особей, но и рост, рост не только численности, но и массы, как самих клеток, так и многоклеточных организмов, то процесс деления клеток следует рассматривать как один из важнейших атрибутов феномена жизни.
Скачать презентацию Деление клеток Общие положения Деление
Биология_4_Деление клеток.pptx