Жизненный цикл клетки: интерфаза (период подготовки клетки к делению) и митоз (деление). Open Library - открытая библиотека учебной информации

РНК – рибонуклеиновая кислота, мономером которой является нуклеотид.

Функция РНК: реализация наследственной информации (считывание, перенос к месту синтеза белка)

Отличия от ДНК:

Состоит из одной цепи

Вместо тимина – урацил

Локализуется в ядрышке, рибосомах, цитоплазме

затравочная. Все виды РНК образуются в ядре. И-РНК образуется при считывании информации с ДНК.

Р-РНК – включает от 300 до 500 нуклеотидов, составляет 80% всей РНК.

И-РНК – включает от 500 до 3000 нуклеотидов, образуется при считывании информации с ДНК, составляет около 1% всей РНК. Молекула и-РНК состоит из кодонов (триплетов).

Т-РНК включает 70 – 100 нуклеотидов, составляет 10% от всей РНК, транспортирует аминокислоту к месту синтеза белка. На одном конце имеет антикодон, на противоположном прикрепляется а/к.

Z-РНК участвует в репликации ДНК

Генетический код

Это система расположения нуклеотидов в молекуле ДНК, которая определяет последовательность

расположения аминокислот в белке.

Свойства кода:

– триплетность – три нуклеотида (кодон) кодируют одну аминокислоту

– коллинеарность (линейность) – свойство, обуславливающее соответствие между последовательностями кодонов в гене и последовательностью аминокислот в белке

– неперекрываемость – один нуклеотид может входить только в один триплет.(по три)

– однозначность – каждый кодон специфичен для определенной аминокислоты.

– избыточность (выражденность) – одна аминокислота может кодироваться несколькими триплетами. Некоторые гены у эукариот многократно повторены, следовательно геном избыточен.

– универсальность –код един для всех живых существ

Деление клеток

Пролиферация – это процесс

увеличения клеточных и тканевых структур.

По способности к пролиферации клетки делятся на:

1. Постоянно делящиеся (стволовые клетки крови)

2. Практически не делящиеся (нервные, мышечные)

3. Делящиеся при необходимости (клетки соединительной ткани, паренхиматозных органов)

Факторы, определяющие деление клеток:

1. Внутренние: изменение ядерноплазменных отношений, потеря контактов между клетками, изменение позиционной пространственной информации.

2. Внешние: температура, радиация, химические воздействия, влажность, УФО, вибрация и т.д.

Выделяют три вида деления клеток: - амитоз - митоз - мейоз

митотический и жизненный цикл клетки

Митотический (клеточный) цикл – период от конца одного деления до конца другого. Включает в себя интерфазу + митоз

Жизненный цикл клетки – индивидуальная жизнь клетки, т.е. ее онтогенез, это период от момента образования клетки до ее гибели.

Жизненный цикл совпадает с митотическим у постоянно делящихся малодифференцированных клеток.

Митотический (клеточный цикл)

Периоды: 1. митоз – 5-10% от клеточного цикла

2. постмитотический период (G1)

3. синтетический период (S)

4. премитотический период (G2)

Фазы митоза: 1. профаза

2. прометафаза

3. метафаза

4. анафаза

5. телофаза

Фазы митоза

В профазу происходит: спирализация хромосом, исчезновение ядрышка, фрагментация и растворение кариолеммы, начало образования веретена деления и дезорганизация эндоплазматического ретикулума.

В прометафазу хромосомы начинают движение к экватору. Некоторые авторы не выделяют эту стадию.

В метафазу хромосомы выстраиваются на экваторе клетки, образуя экваториальную пластинку. Нити веретена деления прикрепляются к кинетохорам хромосом.

В анафазе дочерние хроматиды мигрируют к полюсам клетки.

В телофазу происходят процессы противоположные

Интерфаза – подготовка клетки к делению

Интерфаза состоит из трех периодов: G1, S,

Пресинтетический (постмитотический) период G1 характеризуется образованием РНК, синтезом белка, ростом клетки. Клетка задерживается в этой фазе неизвестным фактором в точке R (т. рестрикции) и может находится в ней неопределенно долго. Если клетка преодолела эту точку с помощью тригерного белка, то она обязательно завершает клеточный (митотический) цикл. Занимает 50-60 % времени.

Синтетический период S – в течение этого периода содержание ДНК в клетке удваивается с 2c до 4с (редупликация ДНК), в результате каждая хромосома имеет по две хроматиды и клетка становиться потенциально готовой к делению. Занимает 30-40 % времени.

Постсинтетический (премитотический) G2 период – это период, когда синтезируется АТФ для энергоемкого процесса деления, белки тубулины для сборки микротрубочек веретена деления. Занимает 10-20% времени

Одним из важнейших процессов в индивидуальном развитии живого организма является митоз. В данной статье мы кратко и понятно постараемся объяснить, какие процессы происходят во время деления клетки, расскажем о биологическом значении митоза.

Определение понятия

Из учебников за 10 класс по биологии мы знаем, что митоз – деление клетки, в результате которого из одной материнской клетки образуются две дочерние с тем же самым набором хромосом.

В переводе с древнегреческого языка термин «митоз» обозначает «нить». Это как связующее звено между старыми и новыми клетками, в которых сохраняется генетический код.

Процесс деления в целом начинается от ядра и заканчивается цитоплазмой. Именуется он как митотический цикл, который состоит из стадии митоза и интерфазы. В результате деления диплоидной соматической клетки образуется две дочерние клетки. Благодаря такому процессу происходит увеличение числа клеток тканей.

Стадии митоза

Исходя из морфологических особенностей, процесс деления распределяют на такие стадии:

• Профаза ;

На данном этапе ядро уплотняется, внутри него конденсируется хроматин, который закручивается в спираль, под микроскопом просматриваются хромосомы.

ТОП-4 статьи которые читают вместе с этой

Под влиянием ферментов ядра и их оболочки растворяются, хромосомы в этом периоде беспорядочно располагаются в цитоплазме. Позднее происходит разделение центриолей к полюсам, образовывается веретено деления клеток, нити которого крепятся к полюсам и хромосомам.

Для данной стадии характерно удвоение ДНК, но пары хромосом ещё держатся друг друга.

Перед стадией профазы у растительной клетки идёт подготовительная фаза - препрофаза. В чём заключается подготовка клетки к митозу можно понять на данном этапе. Для него характерными являются образование препрофазного кольца, фрагмосомы, а также нуклеация микротрубочек вокруг ядра.

• Прометафаза ;

На этом этапе хромосомы приходят в движение и направляются к ближайшему полюсу.

Во многих учебных пособиях препрофазу и прометофазу относят к стадии профазы.

• Метафаза ;

На начальном этапе хромосомы находятся в экваториальной части веретена, так что давление полюсов действует на них равномерно. В ходе данной стадии число микротрубочек веретена постоянно растёт и обновляется.

Хромосомы выстраиваются парами в спираль вдоль экватора веретена в строгом порядке. Хроматиды постепенно отсоединяются, но ещё держатся за нити веретена.

• Анафаза ;

На этом этапе происходит удлинение хроматид, которые постепенно расходятся к полюсам, так как нити веретена сокращаются. Образуются дочерние хромосомы.

По времени это самая короткая фаза. Сестринские хроматиды внезапно разделяются и отходят к разным полюсам.

• Телофаза ;

Является последней фазой деления, когда хромосомы удлиняются, и формируется новая ядерная оболочка около каждого полюса. Нити, из которых состояло веретено, полностью разрушаются. На этом этапе делится цитоплазма.

Завершение последней стадии совпадает с разделением материнской клетки, которое называется цитокинезом. Именно от прохождения этого процесса зависит, сколько клеток образуется при делении, их может быть две и более.

Рис. 1. Стадии митоза

Значение митоза

Биологическое значение процесса деления клеток неоспоримо.

• Именно благодаря ему возможно поддержание постоянного набора хромосом.
• Воспроизведение идентичной клетки возможно только путём митоза. Таким способом заменяются клетки кожи, эпителия кишечника, кровяных клеток эритроцитов, жизненный цикл которых составляет всего 4 месяца.
• Копирование, а значит и сохранение генетической информации.
• Обеспечение развития и роста клеток, благодаря чему многоклеточный организм образуется из одноклеточной зиготы.
• При помощи такого деления возможна регенерация частей тела у некоторых живых организмов. Например, у морской звезды восстанавливаются лучи.

Рис. 2. Регенерация морской звезды

• Обеспечение бесполого размножения. Например, почкование гидры, а также вегетативное размножение растений.

Рис. 3. Почкование гидры

Что мы узнали?

Деление клеток называется митозом. Благодаря ему копируется и сохраняется генетическая информация клетки. Процесс происходит в несколько этапов: подготовительная фаза, профаза, метафаза, анафаза, телофаза. В результате образуется две дочерние клетки, которые полностью похожи на первоначальную материнскую клетку. В природе значение митоза велико, так как благодаря ему возможно развитие и рост одноклеточных и многоклеточных организмов, регенерация некоторых частей тела, бесполое размножение.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.6 . Всего получено оценок: 296.

Способность клетки к репродукции – одно из фундаментальных свойств живого. Деление клеток лежит в основе эмбриогенеза и регенерации.

Закономерные изменения структурно-функциональных характеристик клетки во времени составляют содержание жизненного цикла клетки (клеточного цикла). Клеточный цикл - это период существования клетки от момента ее образования путем деления материнской клетки до собственного деления или смерти.

Важным компонентом клеточного цикла является митотический (пролиферативный) цикл - комплекс взаимосвязанных и согласованных во времени событий, происходящих в процессе подготовки клетки к делению и на протяжении самого деления. Кроме того, в жизненный цикл включается период выполнения клеткой многоклеточного организма специфических функций, а также периоды покоя. В периоды покоя ближайшая судьба клетки не определена: она может либо начать подготовку к митозу, либо приступить к специализации в определенном функциональном направлении.

Продолжительность митотического цикла для большинства клеток составляет от 10 до 50 ч. Величина его значительно варьирует: для бактерий это 20-30 минут, для туфельки 1-2 раза в сутки, для амебы около 1,5 суток. Длительность цикла регулируется путем изменения продолжительности всех его периодов. Клетки многоклеточных обладают также разной способностью к делению. В раннем эмбриогенезе они делятся часто, а во взрослом организме большей частью утрачивают эту способность, так как становятся специализированными. Но даже в организме, достигшем полного развития, многие клетки должны делиться, чтобы замещать изношенные клетки, которые постоянно слущиваются и, наконец, нужны новые клетки для заживления ран.

Следовательно, у некоторых популяций клеток деления должны происходить в течение всей жизни. Учитывая это, все клетки можно разделить на три категории:

1. В организме высших позвоночных не все клетки постоянно делятся. Есть специализированные клетки, потерявшие способность к делению (нейтрофилы, базофилы, эозинофилы, нервные клетки). К моменту рождения ребенка нервные клетки достигают высокоспециализированного состояния, утрачивая способность к делению, В процессе онтогенеза количество их непрерывно уменьшается. Это обстоятельство имеет и одну хорошую сторону; если бы нервные клетки делились, то высшие нервные функции (память, мышление) нарушились бы.

2. Другая категория клеток тоже высокоспециализированная, но в силу их постоянного слущивания замещаются новыми и эту функцию выполняют клетки этой же линии, но еще не специализированные и не утратившие способность делиться. Эти клетки называют обновляющимися. Примером являются постоянно обновляющиеся клетки кишечного эпителия, кроветворные клетки. Даже клетки костной ткани способны образовываться из неспециализированных (это можно наблюдать при репаративной регенерации костных переломов). Популяции неспециализированных клеток, сохраняющие способность к делению называются, как правило, стволовыми.

3. Третья категория клеток - исключение, когда высокоспециализированные клетки при определенных условиях могут вступить в митотический цикл. Речь идет о клетках, отличающихся большой продолжительностью жизни и где после полного завершения роста деление клеток происходит редко. Примером являются гепатоциты. Но если у экспериментального животного удалить 2/3 печени, то менее чем за две недели она восстанавливается до прежних размеров. Такими же являются и клетки желез, вырабатывающих гормоны: в нормальных условиях лишь немногие из них способны воспроизводиться, а при измененных условиях большинство из них могут начать делиться.

По двум главным событиям митотического цикла в нем выделяют репродуктивную и разделительную фазы, соответствующие интерфазе и митозу классической цитологии.

В начальный отрезок интерфазы (у эукариот 8-10 часов ) (постмитотический, пресинтетический, или G 1 -период) восстанавливаются черты организации интерфазной клетки, завершается формирование ядрышка, начавшееся еще в телофазе. Из цитоплазмы в ядро поступает значительное (до 90%) количество белка. В цитоплазме параллельно реорганизации ультраструктуры интенсифицируется синтез белка. Это способствует росту массы клетки. Если дочерней клетке предстоит вступить в следующий митотический цикл, синтезы приобретают направленный характер: образуются химические предшественники ДНК, ферменты, катализирующие реакцию редупликации ДНК, синтезируется белок, начинающий эту реакцию. Таким образом, осуществляются процессы подготовки следующего периода интерфазы - синтетического. Клетки имеют диплоидный набор хромосом 2n и 2c генетического материала ДНК (генетическая формула клетки).

В синтетическом или S-периоде (6-10 ч) удваивается количество наследственного материала клетки. За малыми исключениями редупликация (иногда удвоение ДНК обозначают термином репликация, оставляя термин редупликация для обозначения удвоения хромосом.) ДНК осуществляется полуконсервативным способом. Он заключается в расхождении биспирали ДНК на две цепи с последующим синтезом возле каждой из них комплементарной цепочки. В результате возникают две идентичные биспирали. Молекулы ДНК, комплементарные материнским, образуются отдельными фрагментами по длине хромосомы, причем неодномоментно (асинхронно) в разных участках одной хромосомы, а также в разных хромосомах. Затем участки (единицы репликации - репликоны ) новообразованной ДНК «сшиваются» в одну макромолекулу. В клетке человека содержится более 50 000 репликонов. Длина каждого из них около 30 мкм. Число их меняется в онтогенезе. Смысл редупликации ДНК репликонами становится понятным из следующих сопоставлений. Скорость синтеза ДНК составляет 0,5 мкм/мин. В этом случае редупликация нити ДНК одной хромосомы человека длиной около 7 см должна была бы занять около трех месяцев. Участки хромосом, в которых начинается синтез, называют точками инициации . Возможно, ими являются места прикрепления интерфазных хромосом к внутренней мембране ядерной оболочки. Можно думать, что ДНК отдельных фракций, о которых речь пойдет ниже, редуплицируется в строго определенной фазе S-периода. Так, большая часть генов рРНК удваивает ДНК в начале периода. Редупликация запускается поступающим в ядро из цитоплазмы сигналом, природа которого не выяснена. Синтезу ДНК в репликоне предшествует синтез РНК. В клетке, прошедшей S-период интерфазы, хромосомы содержат удвоенное количество генетического материала. Наряду с ДНК в синтетическом периоде интенсивно образуются РНК и белок, а количество гистонов строго удваивается.

Примерно 1% ДНК животной клетки находится в митохондриях. Незначительная часть митохондриальной ДНК редуплицируется в синтетическом, тогда как основная - в постсинтетическом периоде интерфазы. Вместе с тем известно, что продолжительность жизни митохондрий печеночных клеток, например, составляет 10 сут. Учитывая, что в обычных условиях гепатоциты делятся редко, следует допустить, что редупликация ДНК митохондрий может происходить независимо от стадий митотического цикла. Каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид (2n) , содержит ДНК 4c.

Отрезок времени от окончания синтетического периода до начала митоза занимает постсинтетический (предмитотический), или G 2 -neриод интерфазы (2n и 4c ) (3-6 ч). Он характеризуется интенсивным синтезом РНК и особенно белка. Завершается удвоение массы цитоплазмы по сравнению с началом интерфазы. Это необходимо для вступления клетки в митоз. Часть образуемых белков (тубулины) используется в дальнейшем для построения микротрубочек веретена деления. Синтетический и постсинтетический периоды связаны с митозом непосредственно. Это позволяет выделить их в особый период интерфазы - препрофазу .

Существуюттри способа деления клетки: митоз, амитоз, мейоз.

Все клетки возникают путем деления ранее существовавших клеток. Различают несколько способов деления клеток.

Амитоз - прямое деление клетки, при котором сохраняется интерфазное состояние ядра. Ядро делится путем перетяжки на две примерно равные части без спирализации хромосом. Амитоз встречается в клетках эпителия, скелетной мускулатуре, а также в других клетках при некоторых заболеваниях (например, в клетках злокачественных опухолей).

Митоз - непрямое деление клеток, при котором происходит точное распределение хромосом, содержащих ДНК, между дочерними клетками.

Мейоз - разновидность митоза - особый способ деления клеток, в результате которого уменьшается число хромосом вдвое, и клетки переходят из диплоидного состояния в гаплоидное.

Клеточный (жизненный) цикл - период существования клетки от момента ее образования в результате деления материнской клетки до собственного деления или смерти.

Митотический цикл - это совокупность процессов, происходящих в клетке в период подготовки клетки к делению и во время деления. В непрерывно размножающихся клетках клеточный цикл совпадает с митотическим.

Митотический цикл включает:

1. интерфазу, состоящую из пресинтетического, синтетического и постсинтетического периодов.

2. само деление (митоз).

Пресинтетический (G 1) период идет сразу за делением. В этот период синтезируются РНК, различные белки, АТФ, увеличивается число органоидов. Клетка растет и выполняет свои функции. Она содержит диплоидный набор деспирализованных хромосом, каждая хромосома состоит из одной хроматиды. Содержание генетического материала будет 2n2с (n - количество хромосом в гаплоидном наборе, с - содержание ДНК в гаплоидном наборе хромосом).

В синтетический период (S) происходит репликация (удвоение) молекул ДНК под действием фермента ДНК-полимеразы, а также синтез РНК и белков. К концу периода хромосомы из однохроматидных становятся двухроматидными и содержание генетического материала будет 2n4с. В постсинтетический период (G 2) клетка запасается энергией, продолжается синтез РНК и белков (синтезируются белки веретена деления), содержание генетического материала остается прежним –2n4с.

Митотический цикл: А – интерфаза; Б-В – профаза; Г-Д – метафаза;

Е – анафаза; Ж-З – телофаза.

Митоз - непрямое деление клеток. Митозом делятся соматические клетки, в результате чего дочерние клетки получают такой же набор хромосом, какой имела материнская клетка. В митозе выделяют несколько фаз: профазу, метафазу, анафазу, телофазу.

В профазе происходит спирализация хромосом, к концу профазы они становятся видимыми; исчезает ядрышко; растворяется ядерная оболочка, а хромосомы оказываются в цитоплазме; центриоли расходятся к полюсам клетки, формируется веретено деления (2n4с).

В метафазе хромосомы максимально спирализованы и располагаются в плоскости экватора; каждая хромосома состоит из двух хроматид, которые соединены в области центромеры. К центромерам прикрепляются нити веретена деления. В этой фазе проводят изучение и подсчет хромосом (2n4с).

В анафазе каждая хромосома делится в области центромеры на две хроматиды (дочерние хромосомы). Сокращаясь нити веретена деления растягивают хроматиды к полюсам клетки. Генетический материал в клетке - 4n4с (по 2n2с у каждого полюса).

В телофазе происходят события обратные профазе: хромосомы деспирализуются и становятся невидимыми в световой микроскоп; формируются ядерная оболочка и ядрышко; исчезает веретено деления. В это же время идет деление цитоплазмы (цитокинез): путем перетяжки в животных клетках или путем построения из мембраны перегородки в клетках растений. Органоиды при этом распределяются между клетками относительно равномерно. Содержание генетического материала в каждой образовавшейся клетке - 2n2с, (до цитокинеза - 4n4с).

Профаза 2n4с. Метафаза 2n4с. Анафаза 4n4с. Телофаза 2n2с.

Биологическое значение митоза.

1. В результате митоза дочерние клетки получают такой же набор хромосом, какой был у материнской клетки, что обеспечивает поддержание постоянного числа хромосом и сохранение
одинакового набора генетического материала во всех клеточных поколениях.

2. Митоз обеспечивает эмбриональное развитие, рост организма, процессы регенерации тканей и органов.

3. У одноклеточных митоз приводит к увеличению числа особей.

Цель: актуализировать личностную значимость для учащихся значимость для учащихся вопросов изучаемой темы, показав биологическое значение митоза и мейоза

Задачи:

Создать организационные условия для воспитания настойчивости в достижении цели;

Развивать коммуникативные способности через посредство работы в малых группах.

Оборудование: учебник, компьютер (с выходом в Интернет), мультимедиапроектор, диск «Открытая биология», справочная литература по биологии.

Ход урока:

1. Определение темы урока.

Актуализация знаний

Учащимся выданы карточки с заданием: каждому термину, указанному в левой колонке, подберите соответствующее ему определение, приведённое в правой колонке.

Ответ: 1 – Д, Г; 2 – В; 3 – Б; 4 – А; 5 – Е

3. Изучение нового материала

3.1 Рассказ учителя о митозе (можно использовать модель митоза, которая имеется на диске «Открытая биология»).

3.2 Самостоятельная работа учащихся.

Подготовьте рассказ о мейозе, используя любые источники информации (учебник, справочную литературу, Интернет). Выполняя работу, помните! Древнеримский оратор Цицерон считал, что правильно поостренная речь содержит ответы на семь вопросов: Что? Где, Как?, Когда (при каких условиях), Чем?, Почему?, Зачем? Конечно, не всегда можно подобрать ответ на все вопросы алгоритма, но надо постараться ответить на бОльшую часть вопросов, при этом нужно постараться, чтобы получился относительно связанный текст (учащиеся работают в группах, так как количество компьютеров в кабинете ограничено).

Возможные источники информации:

К. Вили Биология. – М.: Мир, 1966, перевод с английского, - 685 с.: ил.

Биология: Большой справочник для школьников и поступающих в вузы /, и др. – 3-е изд., стереотип. – М.: Дрофа,2000. – 668 с.: ил. – (Большие справочники для школьников и поступающих в вузы).

Биология. Большой энциклопедический словарь / Гл. ред. . – 3-е изд. – М.: Большая Российская энциклопедия, 1999. – 864 с. – ил., 30 л. цв. ил.

Энциклопедия для детей. Т. 2. Биология/Сост. – 3-е изд. Перераб. И доп. – М.: Аванта+, 1996. – 704 с.: ил.

Web – сайты:

http://ru. wikipedia. org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D0%B9%D0%BE%D0%B7

http://ru. wikipedia. org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BD%D1%8A%D1%8E%D0%B3%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F

http://ru. wikipedia. org/wiki/%D0%9C%D0%B8%D1%82%D0%BE%D0%B7

http://ru. wikipedia. org/wiki/%D0%96%D0%B8%D0%B7%D0%BD%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D1%86%D0%B8%D0%BA%D0%BB

http://ru. wikipedia. org/wiki/%D0%9A%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%81%D0%B8%D0%BD%D0%B3%D0%BE%D0%B2%D0%B5%D1%80

«Открытая биология»

3.3 Взаимопроверка заданий.

4. Рефлексия

Учащимся выданы карточки. Заполните таблицу1

Используя результаты работы, сравните митоз и мейоз

Подумайте, могут ли условия окружающейся среды повлиять на процессы митоза и мейоза? К каким последствиям для организма это может привести?