12. Жизненный цикл клетки. Интерфаза. Ядро. Строение хромосом. Понятие о наборе хромосом

Жизненный цикл клетки

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. Длительность цикла регулируется путем изменения продолжительности всех его периодов. У млекопитающих время митоза составляет 1—1,5 ч, 02-периода интерфазы —2—5 ч, S-периода интерфазы — 6—10 ч.

Биологическое значение митотического цикла состоит в том, что он обеспечивает преемственность хромосом в ряду клеточных поколений, образование клеток, равноценных по объему и содержанию наследственной информации. Таким образом, цикл является всеобщим механизмом воспроизведения клеточной организации эукариотического типа в индивидуальном развитии.

Главные события митотического цикла заключаются в редупликации (самоудвоении) наследственного материала материнской клетки и в равномерном распределении этого материала между дочерними клетками. Указанным событиям сопутствуют закономерные изменения химической и морфологической организации хромосом — ядерных структур, в которых сосредоточено более 90% генетического материала эукариотической клетки (основная часть внеядерной ДНК животной клетки находится в митохондриях).

Интерфаза- стадия жизненного цикла клетки между двумя последовательными митотическими делениями; это стадия покоя, которая включает накопление энергии, синтез ДНК и репродукцию центриолей.

Интерфаза включает 3 подпериода:

G1 - пресинтетический

S - синтетический

G2 - постсинтетический

G1 - самый изменчивый по продолжительности период. В это время в клетке активируются процессы биосинтеза. В первую очередь синтезируются функциональные и структурные белки, в этот период клетка постепенно готовится к дальнейшему делению.

S - один из главных периодов митотического цикла. В клетках млекопитающих он составляет 6-10 часов, в это время в клетке продолжаются синтезироваться РНК, белки, идет синтез ДНК, асинхронно происходит редупликация ДНК. К концу периода ядерное ДНК удваивается, каждая хромосома становится двунитчатой, т.е. состоит из 2 хроматид.

Хроматида - структурный элемент хромосомы, который формируется в интерфазе ядра клетки в результате удвоения хромосомы.

G2 - относительно короткий период; в клетках млекопитающих он длится 2-5 часов. В это время удваивается кол-во центриолей, митохондрий и пластид. Активно идут митотические процессы, клетка накапливает необходимые белки и энергию для предстоящего деления.

Наступает МИТОЗ

Клеточное ядрообычно одно на клетку (есть примеры многоядерных клеток), состоит из ядерной оболочки, отделяющей его от цитоплазмы, хроматина, ядрышка, кариоплазмы (или ядерного сока). Эти четыре основных компонента встречаются практически во всех неделящихся клетках эукариотических одно- и многоклеточных организмов.

Ядро необходимо для жизни клетки, поскольку именно оно регулирует всю ее активность. Связано это с тем, что ядро несет в себе генетическую (наследственную) информацию, заключенную в ДНК.

Хромосомы - наиболее важные компоненты ядра. Они играют ведущую роль в явлениях наследственности. Хромосомы хорошо видны под микроскопом в момент деления клетки. Хромосомы ядра неделящейся клетки не видны. Морфологические хромосомы растений чаще всего имеют нитевидную или палочкообразную форму. Большинство хромосом разделено первичной перетяжкой на два плеча. Под микроскопом первичная перетяжка представлена светлой (неокрашенной) зоной, получившее название центромеры, которые играют основную роль в перемещении хромосом строго определении ядра. Центромера занимает на каждой из хромосом строго определенного место. По положению центромеры хромосомы делят на метацентрические (приблизительно равноплечие), субметацентрические (неравноплечие) и акроцентрические (головчатые), у которых центромера сдвинута к одному из концов. У некоторых хромосом имеется и вторичная перетяжка. Она, как правило, располагается у дистального конца хромосомы и отделяет небольшой ее участок, носящий название спутника. Вторичная перетяжка не участвует в движении хромосом при делении ядра. Она получила название ядрышкового организатора, поскольку в месте ее локализации происходит образование ядрышка. Концевые участки хромосомы называют теломерными. Они препятствуют ее соединению с другими хромосомами.

Набор хромосомназывается кариотипом.

В кариотипе человека имеется 46 хромосом, составляющих 23 пары: 22 пары хромосом получили название аутосом, а одна последняя, очень особенная пара - половых хромосом.

Хромосомы можно увидеть в процессе деления клетки. Прямое деление клетки (митоз) обеспечивает точную преемственность наследственных свойств в ряду клеточных поколений. Клетка специально готовится к делению: число ее хромосом удваивается, так как каждая хромосома строит себе подобную за счет синтеза ДНК и белка. Таким образом, все клетки тела (соматические), образовавшиеся в результате митоза, имеют двойной (диплоидный) набор хромосом.

Половые клетки (гаметы) имеют непарный (гаплоидный) набор хромосом. Это связано с особенностями их возникновения. Образованию половой клетки предшествует особый процесс деления - мейоз. В процессе мейоза клетка делится дважды, а удвоение хромосом происходит лишь один раз. При слиянии яйцеклетки и сперматозоида образуется зигота, в которой имеется уже двойной набор хромосом.

Различие хромосомного набора (кариотипа) мужчины и женщины проявляется в половых хромосомах. Каждая 23-я пара хромосом мужчин и женщин разнятся между собой. У женщин она представлена двумя одинаковыми (X и X), а у мужчин - двумя разными (X и Y) хромосомами. В мужском организме в процессе мейоза образуются два типа гамет - X и Y, а в женском - только один тип зрелых половых клеток, которые, наряду с аутосомами, содержат Х-хромосому. Оплодотворение яйцеклетки сперматозоидом, несущим Х-хромосому, предопределяет развитие женского, а сперматозоидом с Y-хромосомой - мужского организма.