Из каких периодов состоит клеточный цикл
Клеточный цикл представляет собой сложную последовательность событий предшествующих делению или гибели клетки. В эукариотических клетках этот процесс включает в себя четыре отдельные фазы: фаза Gap 1 (G1); фаза синтеза (S); фаза Gap 2 (G2); митоз (M).
Фазы G1, S и G2 клеточного цикла вместе называются интерфазой. Делящаяся клетка проводит большую часть своего времени именно в интерфазе, поскольку при подготовке к делению она растет. Фаза митоза связана с разделением ядерных хромосом с последующим цитокинезом (разделение цитоплазмы на две отдельные клетки). В конце митотического цикла образуются две разные дочерние клетки. Каждая клетка содержит идентичный генетический материал.
Время, необходимое для завершения деления клетки зависит от ее типа. К примеру, клетки крови в костном мозге, клетки кожи, клетки желудка и кишечника, делятся быстро и постоянно. Другие клетки делятся при необходимости, заменяя поврежденные или мертвые клетки. К таким типам клеток относятся клетки почек, печени и легких. Другие типы клеток, в том числе нервные клетки, прекращают деление после созревания.
Периоды и фазы клеточного цикла
Схема основных фаз клеточного цикла
Два основные периода клеточного цикла эукариот включат интерфазу и митоз:
Интерфаза
Во время этого периода, клетка удваивает свою цитоплазму и синтезирует ДНК. По оценкам, делящаяся клетка тратит около 90-95% своего времени на интерфазу, которая состоит из следующих 3-х фаз:
- Фаза G1: промежуток времени до синтеза ДНК. В этой фазе клетка увеличивает свои размеры и количество органелл, подготавливаясь к делению. Клетки животных в этой фазе диплоидны, что означает наличие двух наборов хромосом.
- S-фаза: этап цикла, в течение которого синтезируется ДНК. В большинстве клеток имеется узкое временное окно, в течение которого происходит синтез ДНК. Содержание хромосом в этой фазе удваивается.
- Фаза G2: период после синтеза ДНК, но до начала митоза. Клетка синтезирует дополнительные белки и продолжает увеличиваться в размерах.
Фазы митоза
Во время митоза и цитокинеза содержимое материнское клетки равномерно распределяется между двумя дочерними клетками. Митоз имеет пять фаз: профаза, прометафаза, метафаза, анафаза и телофаза.
- Профаза: на этой стадии изменения происходят как в цитоплазме, так и в ядре делящейся клетки. Хроматин конденсируется в дискретные хромосомы. Хромосомы начинают мигрировать к центру клетки. Ядерная оболочка ломается и волокна шпинделя образуются на противоположных полюсах клетки.
- Прометафаза: фаза митоза в эукариотических соматических клетках после профазы и предшествующая метафазе. В прометафазе ядерная мембрана распадается на многочисленные «мембранные везикулы», а хромосомы внутри образуют белковые структуры, называемые кинетохорами.
- Метафаза: на этом этапе ядерная мембрана полностью исчезает, формируется веретено деление, а хромосомы располагаются на метафазной пластине (плоскость, которая одинаково удалена от двух полюсов клетки).
- Анафаза: на этой стадии парные хромосомы (сестринские хроматиды) разделяются и начинают двигаться к противоположным концам (полюсам) клетки. Веретено деления, не связанное с хроматидами, вытягивается и удлиняет клетку.
- Телофаза: на этом этапе хромосомы достигают новых ядер, а генетическое содержание клетки делится поровну на две части. Цитокинез (деление эукариотической клетки) начинается до конца митоза и заканчивается вскоре после телофазы.
Цитокинез
Цитокинез – процесс разделение цитоплазмы в эукариотических клетках, которые продуцируют различные дочерние клетки. Цитокинез возникает в конце клеточного цикла после митоза или мейоза.
При делении клеток животных цитокинез возникает, когда сократительное кольцо образует расщепленную борозду, которая зажимает клеточную мембрану пополам. В растительных клетках строится клеточная пластинка, которая делит клетку на две части.
Как только клетка завершит все фазы клеточного цикла, она возвращается в фазу G1 и весь цикл повторяется снова. Клетки организма также способны находится в состояние покоя, которое называется фазой Gap 0 (G0) в любой момент своего жизненного цикла. Они могут оставаться на этой стадии в течение очень длительного периода времени, пока не поступят сигналы к прохождению через клеточный цикл.
Клетки, которые содержат генетические мутации, постоянно помещаются в фазу G0, чтобы препятствовать их реплицированию. Когда клеточный цикл идет не так, как надо, нарушается нормальный рост клеток. Могут развиться раковые клетки, которые получают контроль над своими собственными сигналами роста и продолжают размножаться беспрепятственно.
Клеточный цикл и мейоз
Не все клетки делятся через процесс митоза. Организмы, которые размножаются половым путем, также подвергаются типу клеточного деления, называемого мейозом. Мейоз возникает в половых клетках и аналогичен процессу митоза. Однако после полного клеточного цикла в мейозе образуются четыре дочерние клетки. Каждая клетка содержит половину числа хромосом исходной (родительской) клетки. Это означает, что половые клетки являются гаплоидными клетками. Когда гаплоидные мужские и женские половые клетки объединяются в процессе, называемом оплодотворением, они образуют одну диплоидную клетку, называемую зиготой.
Не нашли, то что искали? Используйте форму поиска по сайту
Источник
Клетки живых организмов постоянно делятся, воспроизводя новые клетки вместо отмирающих старых. За жизнь человека в его организме осуществляется порядка 1014 делений клеток. Сто тысяч миллиардов делений!
Жизнь клетки — это период от одного деления до другого. За это время с клеткой происходят значительные преобразования — она растет, развивается, синтезирует ДНК и белки, т.е. готовится к делению. Период индивидуальной жизни клетки состоящий из подготовки к делению и самого деления, называют клеточным циклом.
КЛЕТОЧНЫЙ ЦИКЛ = ИНТЕРФАЗА + ПЕРИОД ДЕЛЕНИЯ
ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! Не путайте понятие «клеточный цикл» с понятием «интерфаза» — периодом между двумя делениями!
В клеточном цикле эукариот выделяют два этапа: интерфазу, период клеточного роста, во время которого осуществляется подготовка к делению клетки и период клеточного деления или фазу М (фазу митоза).
Интерфаза, в свою очередь состоит из трех периодов:
Периода начального роста (пресинтетического) или G1-периода (название произошло от английского слова «gap» — промежуток), во время которого идет синтез матричной РНК, белков, других клеточных компонентов;
Периода синтеза или S— периода (название произошло от английского слова «synthesis» — синтез), во время которого идет репликация ДНК клеточного ядра, также происходит удвоение центриолей (если таковые имеются). Что такое репликация? Это процесс образования двух молекул ДНК из одной (удвоение хромосом) при участии фермента ДНК-полимеразы, для того, чтобы каждой из дочерней клетки достался бы по наследству от материнской полный набор ДНК.
Постсинтетического периода или G2— периода, во время которого идет подготовка к митозу — синтез белка и АТФ (накопление энергии).
Давайте остановимся чуть подробнее на периоде синтеза.
Посмотрите на рисунок. Во всех периодах интерфазы клетка имеет диплоидный набор хромосом 2n, а вот количество хроматид во время периода синтеза удваивается. Было 2с, а стало 4с.
В начале интерфазы каждая хромосома состоит из одной хроматиды — длинной молекулы ДНК. Вообще-то, пока хромосома состоит из одной хроматиды (т.е. в пресинтетическом периоде), термин «хроматида» не употребляется, поскольку «хроматидой» называют структурный элемент хромосомы, сформировавшийся в периоде синтеза интерфазе в результате удвоения хромосомы. Но мы говорим «однохроматидная хромосома» для того, чтобы было понятно, что в периоде синтеза удваиваются не хромосомы, а хроматиды.
Компоненты хромосомы в конце профазы митоза
Хромосом в ядре остается столько же — 2n, а вот число хроматид (число молекул ДНК) удваивается.
Нет ли в этом ошибки?
Нет! В периоде синтеза число хроматид удваивается и хромосомы из однохроматидных превращаются в двухроматидные. Набор хромосом в клетке остается ДИПЛОИДНЫМ! Речь идет только об удвоении числа хроматид, а не хромосом!
Две хроматиды одной хромосомы связаны между собой в участке, называемом центромерой. Связаны до поры до времени, до тех пор, пока не начнут расходиться по дочерним клеткам.
Идентичные хроматиды, образовавшиеся в результате репликации хромосомы (хроматиды одной хромосомы) называют сестринскими.
ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! Характерным признаком клетки в период интерфазы является деспирализация (раскрученное состояние) хромосом, которые в виде рыхлой массы равномерно распределены по всему ядру. К концу интерфазы хромосомы удваиваются, становятся видимыми, но все еще продолжают иметь вид вытянутых нитей
Что нужно для осуществления деления клетки?
Нужно разделить поровну хромосомы, удвоившиеся в фазе синтеза, и цитоплазму с органеллами. Поровну!
Способ деления эукариотических клеток, при котором каждая из двух образующихся клеток получает генетический материал идентичный материнской клетке (т.е. — получает диплоидный набор хромосом) называется митозом.
Митоз всегда значительно короче интерфазы. Митоз составляет около 5% интерфазы. Можно сказать, что клетки долго запрягают (готовятся к делению), но быстро ездят (делятся).
Фазы деления клетки (деления клетки, а не митоза!):
Первая фаза — профаза, во время которой происходят следующие процессы: спирализация двухроматидных хромосом, растворение ядрышек, расхождение центриолей к полюсам клетки и формирование из микротрубочек нитей так называемого веретена деления, тянущихся от центриолей к центромерам хромосом.
(Если по мере чтения вы будете делать рисунки, иллюстрирующие изменения, происходящие в клетке, то запомните все сразу же)
Гомологичные хромосомы в профазу сближаются и могут производить обмен своими участками — кроссинговер.
Вторая фаза — прометафаза, во время которой происходят растворение ядерной оболочки и прикрепление к центромерам двухроматидных хромосом нитей веретена деления.
Третья фаза — метафаза, во время которой происходят выстраивание хромосом на условном экваторе клетки и распад двухроматидных хромосом на однохроматидные.
Четвертая фаза — анафаза характеризуется расхождением однохроматидных хромосом к полюсам клетки вследствие сокращения нитей веретена деления (нити подтягивают хромосомы к полюсам).
Пятая фаза — телофаза, во время которой у полюсов деспирализуются (раскручиваются в нить) однохроматидные хромосомы, восстанавливаются ядерные оболочки и ядрышки, растворяются нити веретена деления. Собственно, митоз заканчивается на этой фазе, поскольку главное (генетический материал) уже разделено — сформировалось два ядра. Осталось только разделить клетку с двумя ядрами на две клетки.
Митоз делится на пять фаз и заканчивается на телофазе, являющейся его заключительной фазой. Следующая, шестая фаза есть заключительная фаза деления клетки.
Митоз
Во время шестой фазы — цитокинеза на экваторе клетки начинает Мембрана в средней части клетки (на экваторе) начинает втягиваться внутрь. Образующаяся при этом борозда деления углубляется до тех пор, пока не дойдет до узкого остатка веретена деления, расположенного между двумя ядрами и представляющего собой нечто вроде мостика их соединяющего. Этот «мостик» называется остаточным тельцем. После разрушения остаточного тельца образуются две полностью разделенные дочерние клетки.
И еще раз про хромосомы и хроматиды, чтобы навсегда запомнить и не путаться.
В результате митоза из одной диплоидной клетки, имеющей двухроматидные хромосомы и удвоенное количество ДНК — 2n4c (n — число хромосом, c — число хроматид), образуются две дочерние диплоидные клетки с однохроматидными хромосомами и одинарным количеством ДНК (2n2c).
С митозом мы закончили. Перейдем к мейозу.
Процесс деления клеток, в результате которого не происходит удвоения числа хромосом в материнской клетке (т.е. дочерние клетки получают по половинному набору хромосом), называют мейозом. Название это происходит от греческого слова «мейозис», означающего «уменьшение», поскольку в процессе мейоза из одной диплоидной клетки (2n) образуются две гаплоидные с половинным количеством хромосом (1n). Путем мейоза образуются половые клетки (гаметы).
ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! Мейоз наблюдается только у эукариот, обладающих половым процессом
Мейоз проходит в два этапа. Первое деление клеток происходит с удвоением числа хроматид, но при делении хроматидные пары не разделяются надвое, дочерние клетки получают от материнской двухроматидные хромосомы, скрепленные центромерами.
ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! В профазе первого этапа (профазе I) мейоза гомологичные хромосомы, каждая из которых состоит из двух хроматид, сближаются и объединяются друг с другом. Этот процесс называют конъюгацией, а соединенные гомологичные хромосомы — бивалентами. Из-за синхронных разрывов в цепочках ДНК, между гомологичными хромосомами может происходить кроссинговер — взаимный обмен участками, идентичными по набору генов. В результате хромосомы, унаследованные от материнского и отцовского организмов, получают гены, ранее принадлежащих противоположному полу. То есть происходит «перекрест» (так и переводится английское слово «кроссинговер»), в результате которого в хромосомах появляются новые комбинации наследственных признаков
Мейоз
По окончании первого деления, начинается второе, перед которым удвоения числа хромосом не происходит. В результате мейоза из одной материнской клетки с полным набором хромосом образуются четыре дочерних клетки с половинным набором хромосом.
Особенности мейоза:
- профаза I (профаза первого этапа) длится очень долго, например, у человеческих сперматозоидов она растягивается на несколько суток, а у человеческих яйцеклеток на много лет;
- интерфаза II (интерфаза второго этапа) проходит без репликации ДНК;
- в профазе II (профазе второго этапа) не происходит кроссинговер.
Биологическая сущность мейоза состоит в уменьшении числа хромосом вдвое для того, чтобы зигота наследовала признаки и от отцовского, и от материнского организмов.
Амитозом т.е. «не митозом», называется прямое деление клетки, происходящее у эукариот простым разделением ядра надвое без образования веретен деления. Поскольку веретена не образуются, наследственный материал распределяется между ядрами случайным образом. Ядро делится, а клетка — нет. Она становится двуядерной. Амитоз характерен для стареющих клеток с пониженной активностью.
Амитоз
Деление прокариот, у которых отсутствует ядро и потому у них не может быть митоза, является вариантом амитоза. Их деление обеспечивает септальное кольцо — расположенная посередине клетки кольцевая белковая органелла, способная сокращаться с образованием перетяжки (септы) между двумя новыми дочерними клетками. После того, как перетяжка полностью сформирована, дочерние клетки отделяются друг от друга при помощи фермента пептидогликангидролазы, который переваривает соединяющий их участок клеточной мембраны.
Источник
Жизненный цикл клетки: интерфаза и митоз. Митоз – деление соматических клеток. Мейоз. Фазы митоза и мейоза
Жизненный цикл клетки
Жизненный цикл клетки – это время существованя клетки с момента первого деления до следующего деления, или до последнего деления (смерти клетки).
Клетки делятся несколькими способами:
- Амитоз. Деление клетки осуществляется в интерфазе. В данном случае хромосомы не конденсируются, не образуется веретено деления, и ядерная оболочка не распадается. При амитозе ядро вытягивается и делится на две части путём перетяжки. Таким образом делятся, например, клетки злокачественных опухолей.
- Митоз. Непрямое деление, в результате которого, из одной клетки образуются две идентичные ей дочерние. Так делятся соматические клетки.
- Мейоз. Этот способ деления осуществляется, когда происходит образование половых гамет.
Интерфаза
Митотический цикл состоит из двух последовательных стадий.
Непосредственно перед делением клетка проходит интерфазу, или стадию покоя, функциональное значение которой в том, что во время неё синтезируется ДНК. Длительность стадии покоя составляет 90% и более в течение всего цикла клеточного деления.
Интерфаза представлена тремя периодами:
| Период | Характеристика |
| Пресинтетический, или постмитотический | Обозначается G1 или q1. Продолжительность этого периода 10 часов и более. Осуществляется сразу после деления клетки. Содержание генетического набора в клетке – 2n2c, диплоидный набор хромосом, каждая из которых имеет одну хроматиду. Здесь происходит восстановление структуры интерфазной клетки: окончательно формируется ядрышко; масса клетки увеличивается за счёт синтеза белка; происходит образование ферментов, участвующих в катализе реакции репликации; синтезируется белок; увеличивается количество различных видов рибонуклеиновой кислоты (РНК). Хромосомы представлены тонкими хроматиновыми нитями, каждая нить состоит из одной хромосомы. |
| Синтетический | Обозначается как S. Продолжительность 6 – 10 часов. В данном периоде происходит удвоение (репликация, дупликация) ДНК, хромосомы становятся двухроматидными. Это необходимо для последующего митотического деления клетки. Также, на этом этапе продолжается рост клетки, начавшийся в пресинтетичском периоде, синтезируется РНК, белки – гистоны, в последующем соединяющиеся с ДНК. Генетический материал – 2n4c. |
| Постсинтетический или премитотический | Обозначение: G2 (q2).Содержание генетической информации – 2n4c. В этом периоде осуществляется подготовка к митозу, продолжается он 2 – 5 часов. Происходит усиленное образование энергии АТФ; синтезируются белки, которые необходимы для обеспечения процесса деления и образования веретена деления; начинается спирализация хромосом; значительно увеличивается объём ядра, а, следовательно, и масса цитоплазмы. Далее клетка непосредственно переходит к стадии митоза. |
Митоз – деление соматических клеток
Митоз – это непрерывный процесс деления клеток, который подразделяется на 4 последовательных стадий: профаза, метафаза, анафаза и телофаза.
- Профаза. Содержание генетического материала: 2n4c. В этой фазе происходит конденсация хромосом в ядре, хроматиды спирализуются и образуется ахроматиновое веретено (веретено деления). Распадается ядерная оболочка. Ядрышки исчезают (но это необязательное условие, бывают исключения). Центриоли клеточного центра начинают расходиться к полюсам клетки и образуют центры организации микротрубочек. У высших растений нет центриолей, однако микротрубочки образуются.
- Метафаза. Набор хромосом: 2n4c. Характеризуется расположением сильно сконденсированных хромосом на экваторе клетки, образованием метафазной пластинки в области центромеры. Ядерная оболочка полностью исчезла. Ахроматиновое веретено полностью сформировано. Хромосомы удерживаются благодаря силе натяжения микротрубочек полюсов. Количество хромосом в эту фазу легко подсчитать, они уплотнены и имеют определённую форму.
- Анафаза. Содержание генетического материала: 4n4c. Самая короткая по продолжительности фаза, она начинается в момент, когда центромеры хромосом делятся на две части. Здесь происходит разделение хроматид с последующим их движением к своим полюсам и прикрепление к укороченным микротрубочкам. Расхождение происходит вследствие укорочения микротрубочек, образующих нити веретена деления.
- Телофаза. Содержание генетического материала: 2n2c. В этой фазе движение хромосом заканчивается, и они концентрируются на полюсах клетки и раскручиваются в тонкие нити. Формируется ядрышко, путём слияния мембранных пузырьков образуется ядерная оболочка, исчезают нити веретена деления. Образуются перетяжка, с помощью которой клетка делится на две части.
Рис. 1 Фазы метоза
Мейоз
Мейоз – это процесс деления клетки, при котором число хромосом уменьшается вдвое, происходит образование гаплоидных клеток.
Данный процесс проходит в двух последовательных деления, первое из которых принято называть редукционным (мейоз I), а второе эквационным (мейоз II). Эквационное деление также можно назвать уравнительным, оно позволяет сохранить гаплоидный набор хромосом. Второе деление по механизму протекания схоже с митозом, однако здесь к полюсам расходятся сестринские хроматиды.
Так же, как и митоз, мейоз начинается после интерфазы. Количество ДНК перед первым делением составляет 2n4c, где n – хромосомы, с – молекулы ДНК. Это обозначает, что каждая хромосома состоит из двух хроматид и имеет гомологичную пару. После первого деления, перед вторым, количество ДНК в каждой дочерней клетке уменьшается до 1n2c. Результатом мейоза после второго деления является образование четырёх гаплоидных клеток. Мейоз представлен такими же четырьмя фазами, как и митоз, однако протекающие процессы в двух этих делениях существенно отличаются.
Мейоз I
- Профаза I. 2n4c. Это самая длительная и сложная фаза мейоза. Здесь гомологичные хромосомы сближаются, образуя так называемые биваленты, между ними происходит обмен участками ДНК. Связь бивалента сохраняется до анафазы I. Сближение хромосом называют конъюгацией, обмен участками наследственной информации – кроссинговером. Гомологичные хромосомы соединены между собой. Ядерная оболочка растворяется. Начинает своё формирование мейотическое веретено деления. Центриоли расходятся к полюсам клетки.
- Метафаза I. 2n4c. На этом этапе веретено деления окончательно сформировано. Биваленты расположены в области экватора, при этом они выстроены друг напротив друга по экватору так, что экваториальная плоскость оказывается между парами гомологичных хромосом.
- Анафаза I. 2n4c. Биваленты разъединяются и хромосомы расходятся к противоположным полюсам клетки. Вследствие кроссинговера, прошедшего в профазе, хроматиды этих хромосом не идентичны друг другу.
- Телофаза I. n2c×2. Хромосомы деспирализуются в хроматин. Происходит формирование ядерной оболочки, клетки делится на две части. У растений образуется клеточная стенка, у животных же происходит впячивание мембраны.
Рис. 2 Мейоз I
Мейоз II
Перед эквационным делением интерфаза называется интеркинезом, так как удвоения наследственного материала (ДНК) не происходит.
- Профаза II. 1n2c×2. Короткая по продолжительности фаза. На этом этапе разрушается ядерная оболочка, снова исчезают ядра и ядрышки, происходит конденсация хромосом, формируется веретено деления.
- Метафаза II. 1n2c×2. К каждой из двухроматидных хромосом прикрепляются нити веретена деления с разных полюсов. В плоскости перпендикулярной экватору метафазы первого деления образуется метафазная пластинка.
- Анафаза II. 2n2c×2. Центромеры делятся. Однохроматидные хромосомы расходятся к разным полюсам. Теперь сестринские хроматиды являются сестринскими хромосомами.
- Телофаза II. 1n1c×4. В эту фазу происходит деспирализация хромосом, исчезает веретено деления, формируется ядерная оболочка, образуются ядра и ядрышки. Далее следует цитокинез, вследствие которого формируется 4 гаплоидные клетки с одинарным набором хромосом (1n1c).
Рис. 3 Мейоз II
Источники изображений:
Рис. 1 — wikia.org
Рис 2, рис. 3 — 900igr.net
Смотри также:
- Клетка – генетическая единица живого. Хромосомы, их строение (форма и размеры) и функции. Число хромосом и их видовое постоянство. Соматические и половые клетки
- Развитие половых клеток у растений и животных. Деление клетки – основа роста, развития и размножения организмов. Роль мейоза и митоза
- Современная клеточная теория, ее основные положения
Источник