Деление клетки включает митотический цикл и митоз
Митотический цикл ─ промежуток времени между окончанием и началом каждого деления клетки с процессами, которые происходят в ней для подготовки митоза.Митотический цикл включает в себя митоз (4 фазы) ─ деление клетки, и интерфазу, которая состоит из трех стадий G1 , S и G2. Первая фаза пресинтетическая, когда осуществляется подготовка к синтезу белков и РНК. Во второй фазе синтезируется ДНК, её количество удваивается . В третьей фазе ─ постсинтетической происходит синтез РНК, белков, и накопление энергии для последующего деления клетки. По окончании интерфазы наступает МИТОЗ, или митотическое деление клетки, которое подразделяется на следующие стадии:
1-я – это ПРОФАЗА ─ хромосомы спирализуются (закручиваются), уплотняются, отличаясь двойной структурой нитей, которые постепенно укорачиваются и утолщаются. Каждая двойная нить состоит из двух хромотид, удерживаемые центромерой. Ядрышко исчезает, центриоль делится на две сестринские, которые начинают расходиться. Ядерная оболочка разрушается.
2-я стадия МЕТАФАЗА ─ хромосомы располагаются в экваториальной плоскости клетки, центриоли расходятся к противоположным полюсам клетки, от них проходит система нитей, т. е. клеточное веретено, которые прикрепляются к центромерам хромосом.
3-я стадия АНАФАЗА ─ нити веретена начинают сокращаться, каждая ценромера делится на две и хроматиды становятся самостоятельными дочерними хромосомами, которые отходят к разным полюсам клетки.
4-я стадия ТЕЛОФАЗА ─ образуется перегородка, делящая клетку на две части. Каждая группа дочерних хромосом окружается ядерной оболочкой и представляет собой дочернее ядро, одинаковое с материнской клеткой. Наряду с делением материнского ядра происходит деление цитоплазмы, образование новых органоидов каждой новой клетки, которые заключены в новую оболочку.
Сущность митоза в том, что наследственная ДНК остается постоянной и в неизменном виде передается от материнской клетки в две дочерние, происходит процесс восстановления равновесия, упорядоченности клеточных структур. При этом происходит биологическое омоложение клетки. Митоз направлен на поддержание полного состава дочерних клеток с материнской по хромосомным структурам и молекулам ДНК.
Мейоз ─ это два последовательных деления ядра, которые приводят к образованию гамет, т. е. половых клеток с одинарным набором хромосом. У высших животных и человека мейоз происходит в генитальной зародышевой ткани яичников и семенников в период полового созревания организмов. Во время мейоза каждая клетка делится дважды, в то время как хромосомы удваиваются один раз. Два последовательных деления обозначаются мейоз 1 и мейоз 2. Они проходят те же стадии, что и при митозе, но более сложные.
ПРОФАЗА 1 ─ здесь довольно сложная стадия, которую обычно подразделяют на пять подстадий.
Первая – это ЛЕПТОТЕНА ─ начинается спирализация и уплотнение хромосом, они приобретают нитевидную форму и похожи на хромосомы в начале митоза.
Вторая – ЗИГОТЕНА ─ гомологичные хромосомы коньюгируют, т. е. соединяются друг с другом наподобие застежки «молния». Такое соединение гомологичных хромосом называется синапсис. Это важное генетическое событие, при котором происходит обмен участками между гомологичными хромосомами, называемый кроссинговером. Две сцепленные таким образом хромосомы составляют бивалент, который состоит из 4-х храмотид.
Третья ─ ПАХИТЕНА ─ биваленты укорачиваются и утолщаются.
Четвертая ─ ДИПЛОТЕНА ─ две гомологичные хромосомы почти расходятся, однако сестринские хроматиды остаются соединенными ценромерой. У гомологичных хромосом остаются одна или несколько зон контакта, которые называются хиазмами. Каждая хроматида может образовывать хиазмы с любой из хроматид гомологичной хромосомы. Число хиазм в биваленте может быть различным, но чаще всего 2-3.
Пятая ─ ДИАКИНЕЗ ─ характеризуется максимальным утолщением и спирализацией хромосом. На этой стадии хиазмы перемещаются от центромер к концам хромосом и исчезают. Контакт между хроматидами сохраняется лишь на их концах. После завершения диакинеза ядерная мембрана растворяется.
МЕТАФАЗА 1. Биваленты прикрепляются к нитям веретена и собираются в экваториальной площади. Центромеры гомологичных хромосом распологаются на противоположных сторонах площади. В метафазе 1 гомологичные хромосомы связаны друг с другом, переместившимися к концам хромосом хиазмами, в отличие от метафазы митоза, когда гомологичные хромосомы не образуют пары.
АНАФАЗА 1. Центромеры каждой пары гомологичных хромосом расходятся к полюсам за счет сокращения веретена, увлекая за собой по паре хроматид каждой хромосомы. Соединенные ранее концы гомологичных хромосом расходятся. При этом важно то, что ценромеры не делятся, как в митозе.
ТЕЛОФАЗА 1. После того, как перемещение хромосом к полюсам веретена в анафазе завершилось, вокруг каждого набора гомологичных хромосом образуется ядерная мембрана и клетка делится на две дочерние.
Интерфаза между мейозом 1 и мейозом 2 почти не происходит, или происходит очень быстро. Важно то, что в промежутке между мейозом 1 и мейозом 2 не синтезируется новая ДНК.
МЕЙОЗ 2 – к его началу хромосомы уже дуплицированы, т. е. удвоены и пары сестринских хроматид соединены общими центромерами. Каждая из двух клеток содержит одинарный (п) набор хромосом, а не двойной (2п ) как в начале мейоза.
ПРОФАЗА 2 – проходит быстро.
МЕТАФАЗА 2 ─ хромосомы прикрепляются центромерами к нитям веретена и располагаются в метафазной экваториальной плоскости. К началу анафазы 2 каждая центромера делится ( в первый и единственный раз) и сестринские хроматиды, таким образом, становятся хромасомами, расходящимися к полюсам.
АНАФАЗА 2 ─ хромосомы разделяются на две хроматиды, которые затем с помощью нитей веретена расходятся к полюсам.
ТЕЛОФАЗА 2 ─ завершается образованием ядерной мембраны вокруг каждого из двух гаплоидных ядер. Таким образом, если мейоз 1 начинается в клетке, содержащей двойной набор хромосом и заканчивается образованием двух клеточных комплексов, то а результате мейоза 2 образует 4 клетки с одинарным набором хромосом.
Генетическое значение мейоза ─ в обеспечении постоянства числа хромосом у разных поколений организмов, размножающихся половым путем. Половое размножение включает стадию оплодотворения ─ т. е. слияние двух половых клеток – гамет.
Гаметогенез — это процесс образования гамет — мужских и женских половых клеток и характеризуется рядом важных биологических процессов. Сперматогенез (образование спермиев) протекает в семенных канальцах. Наружный слой семенных канальцев представлен диплоидными сперматогониями, которые начинают интенсивно делиться митотически с наступлением полового созревания организма. Эта зона семенника называется зоиой размножения. Часть сперматогоний вступает в следующую зону - зону роста. Здесь они превращаются в сперматоциты I порядка. Далее эти клетки вступают в 1 зону созревания (ближе к центру канальца), где происходит мейоз. В результате его первого деления образуются 2 сперматоцита II порядка, а в результате второго -4 сперматиды. Сперматиды переходят в зону формирования, где из них образуются спермии (рис.).
Рис. 1. Схема гаметогенеза:
1а - сперматогонии; 2 — сперматоцит I порядка, 3 - сперматоцит П порядкаъ; 4 - сперматида; 5 - сперматозоид; 1а - оогонии; 2а - ооцит I порядка; За -- ооцит II порядка; 4а — оотида; 5а — яйцеклетка; 6а - редукционные тельца.
Оогенез (образование яйцеклеток) протекает в яичниках. Первичные клетки — диплоидные оогонии проходят периоды размножения и роста до рождения женского организма. В период полового созревания лютеинизирующий гормон стимулирует мейоз. Он идет до метафазы мейоза-2. Второе мейотическое деление завершается только после оплодотворения. В результате мейоза-1 из ооцитов I порядка образуются ооциты II порядка, а после мейоза-П — оотиды, превращающиеся в яйцеклетки. При делении ооцита I порядка образуется один ооцит П порядка, содержащий основное количество цитоплазмы, и одно маленькое редукционное тельце, которое в дальнейшем может разделиться еще раз. При делении ооцита II порядка также образуется редукционное тельце и одна оотида (яйцеклетка).
Таким образом, в процессе оогенеза из одного оогония образуются 1 яйцеклетка и 3 редукционных тельца. При сперматогенезе из 1 сперматогония образуется 4 равноценных спермия.