Краткое содержание: Параграф § 26 / Биология 10 класс

Воспроизведение и жизненный цикл клетки

Размножение — это одно из ключевых свойств живых организмов. Все способы размножения направлены на воспроизведение себе подобных, что способствует сохранению всех видов живых существ. В основе всех видов размножения лежит деление клетки. Согласно клеточной теории, новые клетки возникают исключительно путём деления предшествующей, материнской клетки. Перед делением происходит удвоение наследственного материала, то есть репликация молекул ДНК, чтобы каждая из двух новых клеток получила необходимый полный набор генов. Клетки, не получившие достаточного набора генов, оказываются нежизнеспособными или могут вызвать тяжёлые заболевания в организме.

Жизненный (клеточный) цикл — это период от момента появления клетки в результате деления материнской клетки до её собственного деления или гибели. В течение этого цикла клетка растёт, созревает и выполняет свои специфические функции, что называется дифференцировкой. По истечении определённого времени клетка, выполнив свои функции, либо готовится к делению, либо подвергается запрограммированной клеточной смерти (апоптозу).

Апоптоз: Запрограммированная клеточная смерть

У простейших и при делении растительных клеток апоптоз служит основным способом размножения. Например, у амёб не бывает естественной смерти от старости — вместо этого они просто делятся, образуя новые особи. Однако клетки многоклеточного организма не могут бесконечно делиться; если бы они это делали, организм не смог бы существовать. Клетки сами себя убивают, используя специальные гены, которые активируются рано или поздно. Это приводит к синтезу белков, которые уничтожают клетку: она сжимается, её органоиды и мембраны разрушаются, а их части используются повторно. Это явление называется апоптозом, или запрограммированной клеточной смертью. Апоптоз протекает на фоне нормальных клеточных циклов. Продолжительность цикла может варьироваться от 10-20 минут у бактерий до 2-3 суток у инфузорий. В тканях многоклеточных организмов клеточные циклы значительно длиннее. Например, нейроны взрослого организма постоянно находятся в состоянии покоя, и только 20% клеток головного мозга формируются. Бо́льшая часть этих клеток теряет способность к делению и умирает, не доживая до естественной смерти от старости.

Интерфаза: Подготовка к делению

Интерфаза — это обязательный компонент жизненного цикла, период подготовки клетки к делению. Она состоит из трёх периодов:

• Пресинтетический период (\( G_{1} \)): Самый продолжительный период, длящийся от 2–3 часов до нескольких суток. В этот период клетка растёт, накапливает энергию и вещества, необходимые для последующего удвоения ДНК.
• Синтетический период (\( S \)): Обычно длится 6–10 часов. Происходит удвоение ДНК (репликация или редупликация) и синтез белков, необходимых для формирования хромосом. В результате каждая хромосома становится состоящей из двух идентичных хроматид, соединённых в области центромеры. В этот же период удваиваются центриоли.
• Постсинтетический период (\( G_{2} \)): Длится 2–5 часов. Происходит накопление энергии для митоза и синтез белков микротрубочек, которые образуют веретено деления. Клетка полностью готова к митозу.

Редупликация ДНК — это расщепление материнской молекулы ДНК на две нити с помощью ферментов, затем к каждой нити достраивается комплементарная дочерняя нить, образуя две двуцепочечные молекулы ДНК, абсолютно идентичные исходной. Этот процесс происходит в нескольких точках одновременно.

Митоз: Сущность и Фазы

Митоз (кариокинез) — это процесс непрямого деления соматических эукариотических клеток, при котором наследственный материал сначала удваивается, а затем равномерно распределяется между дочерними клетками. Это основной способ деления эукариотических клеток. Продолжительность митоза у животных клеток составляет 30–60 минут, у растений — 2–3 часа. Митоз включает два процесса: деление ядра (кариокинез) и деление цитоплазмы (цитокинез).

Фазы митоза:

• Профаза: Начинается спирализация ДНК. В ядре становятся видны хорошо скрученные хромосомы. Каждая хромосома состоит из двух хроматид, соединённых центромерой. Ядерная оболочка и ядрышки исчезают. Центриоли расходятся к полюсам клетки, образуя веретено деления.
• Метафаза: Хромосомы располагаются в плоскости экватора клетки, образуя метафазную пластинку. Нити веретена деления прикрепляются к центромерам каждой хромосомы.
• Анафаза: Хромосома продольно расщепляется на две идентичные хроматиды. Эти хроматиды расходятся к противоположным полюсам клетки, становясь дочерними хромосомами. Таким образом, дочерние клетки будут генетически идентичны материнской.
• Телофаза: Дочерние хромосомы деспирализуются (растают) у полюсов клетки, и ДНК снова становится доступной для транскрипции. Формируются ядерные оболочки и ядрышки. Нити веретена деления исчезают.

Цитокинез: Завершает кариокинез. У животных клеток в экваториальной плоскости возникает перетяжка, которая углубляется, пока не произойдёт разделение на две дочерние клетки. У растительных клеток, имеющих жёсткую клеточную стенку, происходит образование внутриклеточной перегородки в районе клеточного экватора.

Биологическое значение митоза

Митоз обеспечивает воспроизводство клеток, генетически и количественно идентичных материнской клетке. Он обеспечивает точное распределение одинакового набора хромосом между дочерними клетками. Митоз необходим для нормального развития и роста многоклеточного организма, лежит в основе процессов заживления повреждений и бесполого размножения одноклеточных организмов.

Амитоз

Амитоз (или прямое деление) встречается относительно редко, в основном у отмирающих тканей и опухолей. При нём ядро делится без видимых подготовительных изменений и образования хромосом, что не гарантирует равномерного распределения ДНК между дочерними клетками. Иногда при амитозе не происходит цитокинеза, что приводит к образованию двуядерных или полиплоидных клеток, которые чаще всего нежизнеспособны. Некоторые учёные полагают, что амитоз вообще является результатом ошибочных наблюдений.

Варианты митоза

В природе также встречаются: закрытый митоз (у некоторых грибов и дрожжей), где ядерная оболочка не исчезает, и веретено деления формируется внутри ядра; и полузакрытый митоз (у некоторых водорослей), который является переходной стадией от закрытого к открытому клеточному делению. Во время полузакрытого митоза ядерная оболочка сохраняется, но в ней образуются отверстия, через которые внутрь ядра проникают нити веретена, сформированные снаружи.