Размножение клеток. Митоз Лекция по дисциплине «Общая

Размножение клеток. Митоз Лекция по дисциплине «Общая биология»

p «От клеточного деления зависят не только явления наследственности, но и сама непрерывность жизни» (амер. цитолог Эдмунд Вильсон); p «Каждая клетка из клетки» (Рудольф Вирхов в 1855 г. ).

История изучения митоза p впервые деление клеток (дробление яиц лягушки) наблюдали французские ученые Прево и Дюма (1824); p процесс деления клеток у разных организмов описали итальянский эмбриолог Рускони (1826); Карл Бэр (1845); бельгиец Бартелеми Дюмортье (1832); p отдельные фазы митоза наблюдали: немецкий ботаник Вильгельм Гофмейстер (1849), российские ботаники Эдмунд Руссов (1872) и Иван Дорофеевич Чистяков (1874), p описаны и проиллюстрированы в правильной последовательности основные фазы митоза: профаза, метафаза, анафаза (ранняя и поздняя) нем. зоолог Шнейдер (1873); p в 1875 году вышли работы, содержащие более детальные описания митозов: Оттона Бючли, нем. зоолога и Эдуарда Страсбургера, нем. ботаника. Ссылаясь на работу О. Бючли и основываясь на собственных исследованиях, Э. Страсбургер показал единство процессов клеточного деления в растительных и животных клетках.

История изучения митоза (продолжение) p в 1879 году Шлейхер предложил термин «кариокинез» для обозначения сложных процессов клеточного деления, подразумевая перемещения составных частей ядра; p Вальтер Флемминг впервые для обозначения непрямого деления клетки ввёл термин «митоз» , который впоследствии стал общепринятым. Ему принадлежит окончательная формулировка определения митоза как циклического процесса, завершающегося разделением хромосом между дочерними клетками; p в 1888 г. нем. гистолог Генрих Вильгельм Вальдейер ввел термин хромосома (ведущая роль хромосом в хранении, воспроизведении и передаче наследственной информации была доказана лишь в ХХ веке); p в н. 1900 -х годов хромосомы были идентифицированы в качестве носителей наследственной информации, что в дальнейшем дало объяснение биологической роли митоза, заключающейся в образовании генетически идентичных дочерних клеток; p начиная с 1970 -х годов и по наст. время, ведутся работы по изучению регуляции митоза.

Размножение клеток p это процесс, который приводит к росту и обновлению клеток; p характерен как для одноклеточных, так и для многоклеточных организмов; p одноклеточные организмы размножаются простым делением надвое или другим путем; p универсальным способом деления эукариотических клеток является непрямое деление, или митоз (от древнегреч. «митос» – нить); p биологическое значение митоза заключается в сохранении объема и качества наследственной информации.

В митотическом делении клетки различают два процесса: p разделение исходного ядра на два дочерних ядра – кариокинез (хромосомный цикл); p разделение цитоплазмы с образованием двух дочерних клеток – цитокинез (цитоплазматический цикл).

Митотический цикл p Это совокупность последовательных и взаимосвязанных процессов в период подготовки клетки к делению, а также на протяжении самого деления (митоза); p состоит из двух стадий: 1)стадии покоя – интерфазы; 2)стадии деления – митоза.

Интерфаза p предшествует митозу; p это период между двумя клеточными делениями; p ядро компактное, не имеет выраженной структуры, хорошо видны ядрышки. Хромосомы в интерфазе не видны, совокупность интерфазных хромосом представляет собой хроматин. p в состав хроматина входят: ДНК, белки и РНК в соотношении 1 : 1, 3 : 0, 2, а также неорганические ионы; структура хроматина изменчива и зависит от состояния клетки; p в клетке синтезируется много веществ, необходимых для ее роста и осуществления всех свойственных ей функций; p происходит синтез ДНК; p длительность составляет примерно 90 % в течение всего цикла.

Интерфаза включает три стадии: p Пресинтетическая – G 1 (от англ. gap – интервал) - интенсивные процессы биосинтеза, образование митохондрий, ЭПС, аппарата Гольджи, рибосом, РНК, белков. ДНК не синтезируется. Длительность: 12 – 24 часа. p Синтетическая – S – синтез (репликация) ДНК, в результате ее количество увеличивается. Продолжается синтез РНК и белков. Каждая хромосома удваивается и состоит из двух сестринских хроматид, удерживаемых центромерой. Процесс репликации начинается одновременно во многих точках каждой из хромосом. Две цепи исходной молекулы ДНК расходятся, и каждая из них становится матрицей для воспроизведения новых цепей ДНК. Длительность: 5 – 12 часов. p Постсинтетическая – G 2 – синтез ДНК заканчивается и происходит накопление энергии. В состав каждой хромосомы входит две двойных молекулы ДНК, которые являются точной копией исходной молекулы ДНК. Продолжается синтез РНК и белков, формирующий нити веретена деления. Длительность: 3 -6 часов.

Интерфаза. Репликация ДНК.

Митоз осуществляется на протяжении четырех последовательных фаз: p профаза; p метафаза; p анафаза; p телофаза.

Профаза p хроматиды укорачиваются и утолщаются в результате их спирализации и конденсации; p ядерная мембрана растворяется, ядрышко исчезает; p центросома делится на две центриоли, последние расходятся к полюсам клетки; p образуется веретено деления (из микротрубочек и белков); p длительность: 30 – 60 минут.

Метафаза p Начало этой фазы называется прометафаза; p хромосомы располагаются в цитоплазме довольно беспорядочно, спирализация хромосом достигает максимума, хромосомы состоят из двух хроматид, соединенных только в области центромеры; p хроматиды располагаются на экваторе веретена деления, образуя метафазную пластинку. Прометафаза

Метафаза p митотическое веретено полностью сформировано, часть нитей идет от полюса к полюсу (непрерывные нити), другие (хромосомные) соединяют полюса с центромерами хромосом; p после формирования митотического аппарата хромосомы начинают перемещаться в экваториальную плоскость клетки; это движение хромосом называется метакинез; p длительность: 2 – 10 минут.

Анафаза p каждая центромера расщепляется на две и нити веретена деления оттягивают дочерние центромеры к противоположным полюсам; p центромеры тянут за собой отделившиеся одна от другой хроматиды, которые теперь называют хромосомами; p в этот момент в клетке находятся два диплоидных набора хромосом; p длительность: 2 – 3 минуты. Митоз в клетках корешка лука

Телофаза p хромосомы достигают полюсов клетки, деспирализуются; p нити веретена разрушаются, восстанавливается ядерная оболочка, появляется ядрышко; p длительность: 20 – 30 минут.

Митотический цикл клетки

Различают три типа митоза: p Стволовой митоз. В результате деления образуются две равноценные клетки, которые делятся дальше. Такой тип митоза наблюдается при образовании клеток крови, а также раковых клеток. p Асимметричный митоз (дифференцирующий митоз). Приводит к образованию двух разных клеток. Одна из них вступает в новый клеточный цикл, а вторая выходит из клеточного цикла. Такой тип митоза характерен для меристем растений. p Трансформирующий митоз. Обе дочерние клетки утрачивают способность к делению. Наблюдается при образовании постоянных тканей растений.

Значение митоза p В результате деления поучаются два ядра, содержащие идентичное число хромосом, что и в материнской клетке. Эти хромосомы образуются от родительских хромосом путем точной репликации ДНК, поэтому гены их содержат одинаковую наследственную информацию. В результате клеточные популяции, происходящие из родительских клеток, обладают генетической стабильностью. p В результате митозов число клеток в организме увеличивается, что представляет собой один из главных механизмов роста. p Многие виды животных и растений размножаются бесполым путем при помощи одного лишь митотического деления клеток. Кроме того, митоз обеспечивает целостность тканей при постоянной утрате клеток в процессе их функционирования (замещение слущившихся клеток кожи), регенерацию утраченных частей (например, ног у ракообразных).