Всего на сайте:
248 тыс. 773 статей

Главная | Биология, Зоология, Анатомия

Тема: Жизненный цикл клетки. Механизмы митоза и мейоза. Цитологические основы гаметогенеза.  Просмотрен 26

Лабораторная работа № 6

Цель работы: Изучить механизмы бесполого и полового деления клеток и определить биологический смысл этих процессов

Задание: 1. Изучить структуры, принимающие участие в делении клетки;

2. Записать в тетрадь определения выделенных терминов;

3. Сравнить процессы прохождения митоза и мейоза;

4. зарисуйте в альбоме схемы митоза и мейоза;

5. Объяснить биологический смысл существования различных типов деления клеток.

Клеточный цикл (жизненный цикл клетки) - существование клетки от момента ее возникновения в результате деления материнской клетки до ее собственного деления или смерти. Продолжительность клеточного цикла зависит от типа клетки, ее функционального состояния и условий среды. Клеточный цикл включает митотический цикл и период покоя.

Рис. 1. Схема жизненного цикла клетки

 

В период покоя (G0) клетка выполняет свойственные ей функции и избирает дальнейшую судьбу - погибает, либо возвращается в митотический цикл. В непрерывно размножающихся клетках клеточный цикл совпадает с митотическим циклом, а период покоя отсутствует.

Митотический цикл состоит их четырех периодов: пресинтетического (постмитотического) - G1, синтетического - S, постсинтетического (премитотического) - G2, митоза - М. Первые три периода - это подготовка клетки к делению (интерфаза), четвертый период - само деление (митоз).

Интерфаза - подготовка клетки к делению - состоит из трех периодов. В первый период (G1) увеличивается объем цитоплазмы и количество органелл, происходит рост клетки после предыдущего деления. Во второй период (S) происходит удвоение генетического материала (репликация ДНК), синтез белковых молекул, с которыми связывается ДНК, и превращение каждой хромосомы в две хроматиды. В третий период (G2) усиливаются процессы биосинтеза, происходит деление митохондрий и хлоропластов, удваиваются центриоли.

В фазе деления клетка сначала проходит митоз, а за­тем цитокинез. Митоз - это процесс, в котором хромосом­ные пары разделяются, а в цитокинезе клетка разделяется на две новые клетки. Рассмотрим про­цесс митоза. На схеме показаны шесть последовательных стадий, через которые проходит клетка в митозе. Это непрерывный процесс, и обычно он характери­зуется четырьмя фазами: профаза, метафаза, ана­фаза и телофаза.

 

Рис. 2. Митотический цикл: М - митоз; G1 - пресинтетический период; S - синтетический период; G2 - постсинтетический период; 1- старая клетка; 2 - молодые клетки

В S-фазе интерфазы клеточного цикла в ядре клетки происходит репликация молекул ДНК, но не происходит разделения этих молекул. Ядро (В) содержит ДНК в диф­фузной массе, называемой хроматином.

Ядрышко (С) хорошо видно в интерфазе клетки, а ядро окружено нуклеарной мембраной (D). Ци­топлазма (А) занимает все пространство клетки. Двумя мельчайшими частицами (тоже дублирующими себя до митоза) являются центросомы. Каждая из центро­сом содержит две цилиндрические структуры, располага­ющиеся под прямым углом друг к другу и называемые центриолями (Е), которые участвуют в образовании микро­трубочек при делении клеток.

Теперь перейдем к началу процесса митоза; наша клетка находится сейчас в ранней профазе. Профаза - самая длинная фаза митоза. Она начина­ется, когда хроматин клеточного ядра концентрируется, образуя отдельные хромосомы. Так как во время интерфазы происходит репликация ДНК, то каждая хромосома со­стоит из двух идентичных нитей, называемых хроматидами (G1). Заметьте, что на ранней стадии профазы центриоли (Е) окружены рядом микротрубочек, расположен­ных по радиусу наружу; они называются астерами (F).

В поздней стадии профазы центриоли (Е) двигаются к противоположным полюсам клетки и астеры (F) становятся видны. Между центриолями видны нити веретена (Н). Ткани веретена состоят из микротрубочек и связанных бел­ков. Обратите внимание на то, что хроматиды (G1) ста­новятся короче и толще. Нуклеарная мембрана начинает разрываться и исчезает по мере того, как клетка проходит позднюю стадию профазы.

Следующая фаза митоза - метафаза. На этой стадии пары хроматид располагаются вдоль экватора клетки, так называемой метафазной, или экваториальной пластинки. Хроматиды (G1) соединяются у центра хромосом, и это место соединения называется кинетохором (I). Один кинетохор располагается на каждой хроматиде. На этой стадии нити веретена (Н) разделяются и ориентируются наружу от центриолей.

На стадии анафазы ДНК в кинетохоре (I) дублируется, а хроматиды разделяются. Каждая хроматида теперь яв­ляется хромосомой (G2). Вверху и внизу клетки можно видеть по четыре хромосомы. Хромосомы имеют V-образную форму, так как нити веретена притягивают их к своим центриолям. Одинаковое количество хромосом двигается к противоположным полюсам клетки. Например, в клетке человека сорок шесть хромосом двигаются к одному полю­су и сорок шесть таких же хромосом - к противоположно­му полюсу.

Теперь рассмотрим клетку в стадии телофазы; эта фаза сигнализирует об окончании митоза и непос­редственно предшествует цитокинезу. Когда процесс деления клетки вступает в телофазу, вы можете увидеть, что хромосомы (G2) подходят к противо­положным полюсам клетки, где они становятся тоньше и менее различимыми.

Нити веретена (Н) в этой фазе начи­нают разрываться, вокруг хромосомного материала начи­нает формироваться нуклеарная мембрана (D) и снова появляется ядрышко (С).

В конце телофазы цитоплазма (А) разделяется между двумя дочерними клетками. В центре животной клетки на­чинает формироваться перемычка (J) в результате су­жения мембраны с обеих сторон клетки. Появление пере­мычки говорит об окончании телофазы и начале цитокине­за. Мембрана сужается внутрь с обеих сторон клетки, пока не образуются две клетки. Эти клетки называются дочер­ними.

Процесс митоза происходит в клетках которые репродуцируются во вре­мя роста, при заживлении ран и замене мертвых клеток. Две клетки, образующиеся в результате митоза, идентич­ны своей материнской клетке. Некоторые клетки проходят через другую форму деления, называемую мейозом. В этом процессе единственная материнская клетка продуцирует четыре клетки, каждая из которых содержит половину ма­теринских хромосом. Материнская клетка имеет два на­бора хромосом и это называется диплоидом (2N), тогда как клетки, получающиеся в результате мейоза, имеют каж­дая по одному набору хромосом, и он называется гаплои­дом (N).

Мейоз происходит в органах размножения и приводит к образованию клеток, участвующих в размножении. Эти клетки - сперматозоиды и яйцеклетки - называются гаме­тами. При оплодотворении слияние двух гаплоидных гамет образует одну клетку, называемую зиготой, которая является диплоидом.

Митоз

Цитоплазма…………….А Центриоли………Е Нуклеарная мембрана…D

Ядро (хроматин)……….В Астеры…………..F Хромосомы…………....G2

Ядрышко …………........С Хроматиды……..G1 Нити веретена……Н

Кинетохор……………...I Перемычка……….J

 

Мейоз

Рассмотрим механизм мейоза. Многие из процессов аналогичны про­цессам митоза. Мы будем рас­сматривать прохождение одной пары хромосом через мейоз и проследим, как они распределяются в четырех продуцированных клетках. Процесс мейоза включает в себя два этапа деления клеток, известных как первое деление мейоза (А) и второе деление мейоза (В).

Мейоз

Первое деление мейоза…………..А Родственные хроматиды 2……..Н2

Второе деление мейоза…………..В Родственные хроматиды 1……..Н1

Цитоплазма……………………….Е Хромосома 1…………….………I1

Центриоли………………………...F Хромосома 2…………………….I2

Гомологичная хромосома 1……..G1 Хромосома 3……………………..I3

Гомологичная хромосома 2……..G2 Хромосома 4……………………..I4

Первый этап приводит к об­разованию дочерних клеток, которые имеют уменьшен­ное количество хроматид и поэтому первое деление мейоза называют редукционным. На втором этапе эти хроматиды распределяются между гаметами. Второе деление мейоза называется экваториальным. Каждый этап мейоза со­стоит из профазы, мета фазы, анафазы и телофазы, как при митозе.

Начнем с первого деления мейоза. Здесь мы видим материнскую клетку с ядром (С) и ядрышком (D), расположенными в ци­топлазме (Е). Центриоль (F) функционирует в мейозе так же, как и в митозе. Фаза, обозначенная 1 а, представляет профазу.

Профаза переходит в стадию 1b. Здесь рассматрива­ется одна пара хромосом (помните, что в каждой клетке человека содержится двадцать три пары хромосом). Здесь мы видим пару гомологичных хромосом 1 (G1) и 2 (G2).

ДНК в каждой хромосоме дублируется. Здесь хромосомы сближаются друг с другом и может происходить перекрест хромосом – конъюгация, с образованием хиазм.

На схеме 1 с показана метафаза. Гомологичные хро­мосомы выстраиваются вдоль экватора клетки, и мы видим, что каждая из них содержит родственные хроматиды. Хромосома 1 содержит родственные хроматиды 1 (Н1), а хромосома 2 - родственные хроматиды 2 (Н2).

На схеме 1 d показана анафаза. Хроматиды 1 двигают­ся к левому полюсу клетки, а хроматиды 2 - к правому полюсу. В телофазе родственные хроматиды 1 содержат­ся в левой дочерней клетке, а хроматиды 2 - в правой. Это означает окончание мейоза первого деления.

В конце первого деления мейоза пара хромосом разделилась, и хромосома, состоящая из двух род­ственных хроматид, перемещается в каждую из до­черних клеток. Родственные хроматиды удержива­ются вместе в центромере. Каждая из двух дочер­них клеток теперь вступает в фазу второго деления мейоза.

Две дочерние клетки вступают в фазу мейоза II, как показано на верху второго столбца. Профаза показана на схеме 2а. И в этом случае мы видим здесь центриоли (F) и цитоплазму (Е). Родственные хроматиды 1 (Н1) находятся в левой клетке, а хроматиды 2 (Н2) - в правой. На схеме 2b хроматиды вы­страиваются вдоль экватора каждой клетки. Затем кинетохоры разделяют эти хроматиды.

На схеме 2с показана анафаза в развитии, и хромати­ды становятся здесь хромосомами. В левой клетке хромо­сома 1 (I1) двигается к одному полюсу клетки, а хромо­сома 2 (I2) - к другому. Хромосомы 3 (I3) и 4 (I4) разде­ляются во второй клетке. В телофазе на схеме 2d видны четыре клетки, образовавшиеся в результате цитокинеза. Каждая клетка является гаплоидной, то есть она содержит единственную хромосому из первоначальной пары хро­мосом. Вспомните, что мы начинали с двух хромосом. Те­перь, на последней схеме, каждая клетка имеет одну хро­мосому из первоначальной пары. У мужчины эти клетки развиваются дальше, становясь сперматозоидами, а у жен­щины одна из этих клеток становится яйцеклеткой.

Мейоз связан с половым размножением у растений и животных. При оплодотворении гаплоидные клетки соеди­няются, образуя диплоидную клетку. У животных гаплоид­ная фаза очень короткая, но у некоторых растений она превышает диплоидную фазу.

Предыдущая статья:Ответ на Задачу 3. Следующая статья:Гаметогенез
page speed (0.0156 sec, direct)