Жизненный цикл клетки

Размножение организмов. Типы деления клеток.

Размножение, или репродукция, является одним из основных свойств живых организмов, обеспечивающим генетическую непрерывность жизни. В основе размножения любого прокариотического либо эукариотического организма лежит размножение (пролиферации) клеток. Эволюционно сформировавшиеся механизмы деления клеток позволяют копировать генетическую информацию родительских клеток и передавать ее клеточному потомству.

Существуют различные способы деления клетки: основные – бесполый (митоз) и половой (мейоз). Для полового размножения также обязателен процесс оплодотворения, в результате которого происходит случайное объединение хромосомных комплексов (генетического материала) мужских и женских гамет.

Центральная роль в обоих типах деления играет самокопирование и распределение по дочерним клеткам носителей генов — хромосом. У растений и животных хромосомы представляют собой гигантские ли­нейные молекулы ДНК, связанные с белками. Именно ДНК обладает свойством самокопирования, или репликации. Хро­мосомы индивидуальны в смысле состава ДНК. Каждая из них несет лишь часть от общего набора генов. Число и структура хромосом относительно постоянны у большинства особей одного вида.

У всех живых организмов встречается митоз. Суть митоза (от греч. - нить) состоит в репликации и точном распределении между дочерними клетками набора хро­мосом клеточного ядра. Так обеспечивается преемственность материальных носителей наследственной информации.

У многоклеточных эукариот с половым размножением присутствует и мейоз. При мейозе (от греч. - уменьшение, убывание) происходит закономерное уменьшение вдвое числа хромосом (редукция). Половые клетки, или гаметы, несут лишь по одному гомологу каждой пары хромосом. Именно мейоз лежит в основе законов наследования Менделя и хромосомной теории наследствен­ности. Сочетание гамет у потомков основано на независимом расхождении разных пар гомологичных хромосом. Кроме того, в мейозе могут обмениваться гены, лежащие в одной хромосоме.

Жизненный цикл клетки

Жизненным (клеточным) циклом называют период времени от образования клетки до конца ее деления (рис. 1).

Рис. 1. Схема жизненного цикла клетки

После рождения клетка растет и выполняет свойственные ей функции. Этот период называется G₀ . В этот период клетка избирает дальнейшую судьбу: либо погибает, либо вступает в период деления. В непрерывно размножающихся клетках клеточный цикл совпадает в периодом деления, а период покоя отсутствует.

В случае вступления клетки в митотическое деление, она проходит шесть последовательных стадий: интерфазу, профазу, прометафазу, метафазу, анафазу и телофазу. Все эти фазы составляют один цикл деления, разделенный на интерфазу и митоз. Относительная продолжительность указанных периодов различается у организмов отдельных видов и в клетках разных тканей одного индивидуума.

Рис. 2. Продолжительность отдельных фаз жизненного цикла клетки: М – митоз; G₁ - пресинтетический период; S — синтетический период; G₂ — постсинтетический период; 1 - старая клетка (2n4c); 2- молодые клетки (2n2c)

Между двумя последовательными делениями клетки ядро находится в стадии интерфазы. Хотя интерфазу называют иначе стадией покоящегося ядра, на самом деле метаболические процессы в ядре в этот период совершаются с наибольшей активностью: клетка готовится к делению. ДНК реплицируется, накапливаются гистоны (ос­новные белки), из которых построены хромосомы, синтезируются вещества для построения митотического веретена и репродукции центриолей. В ядре в это время хорошо видна сетчатая структура, составленная из тонких нитей – хромосом.

Интерфаза — наиболее продолжительная часть митотиче­ского цикла. В ней различают три периода: пресинтетический (G,), синтетический (S) и постсинтетический (G,), составляющие вместе с митозом полный митотический цикл. Последовательность этих периодов может быть представлена следующим образом: G₁→ S→ G₂ → M.

Пресинтетический период - фаза G_1, (англ, gap —интервал)) состоит из подготовки клетки к удвоению ДНК. В этот период происходит интенсивный рост клетки, биосинтез белков, липидов, углеводов и АТФ. В периоде G₁ каждая хромосома соматической клетки состоит из одной хроматиды (содержит одну молекулу ДНК), а общее количество генетического материала диплоидного набора хромосом (2n) такой клетки обозначают символом 2с.

Синтетический период (фаза S): совершается репликация всей ядерной ДНК; хромосомы становятся двухроматидными; хроматиды остаются соединенными в центромерной области. После завершения синтеза ДНК и гистонов (в конце S-периода) количественное содержание двухроматидных хромосом и генетического материала клетки можно обозначить формулой 2n4с. Такое количественное соотношение сохраняется в периоде G₂, когда в клетке идут метаболические процессы, связанные с ее подготовкой к делению, а также в профазе и метафазе митоза.

Постсинтетический период(фаза G₂) — подготовка клетки к делению: удвоение органоидов; синтез белков, липидов, углеводов; синтез АТФ.

После завершения интерфазы клетки вступают в митоз: каждая хромосома разделяется на две хроматиды; они равномерно распределяются между дочерними клетками.

Деление клетки обычно начинается с преобразования ядра, в котором протекают сложные процессы.