§18 ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ КЛЕТКИ. ХРОМОСОМЫ
Период жизнедеятельности клетки от момента ее возникновения до смерти называют жизненным циклом клетки, или клеточным циклом. В этот период происходят рост, развитие и размножение клетки. Длительность клеточного цикла в разных клетках даже у одного и того же организма различна. Например, продолжительность этого цикла в клетках эпителиальной ткани человека составляет около 10—15 ч, а клеток печени целый год. Клеточный цикл состоит из двух разных по продолжительности интервалов: интерфазы и деления клетки.
Клеточное деление у прокариот. Бактериальная клетка содержит только одну молекулу ДНК, прикрепленную к клеточной мембране. Перед делением клетки ДНК удваивается. Когда клетка делится, клеточная мембрана встает между новыми молекулами ДНК. Такой способ называется амитоз.
Клеточное деление у эукариот. Для клеток эукариот проблема деления оказывается гораздо более сложной, поскольку хромосом у них много и хромосомы эти неидентичные. Соответственно более сложным должен быть и процесс деления, гарантирующий, что каждая дочерняя клетка получит полный набор хромосом. Этот процесс называется митозом.
Так проходит митоз в клетках корешка лука.
Интерфаза. Часть жизненного цикла клетки между двумя последовательными ее делениями называют интерфазой (от лат. интер — между и греч. фазис — появление). Она характеризуется активными процессами обмена веществ, биосинтезом белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липидов. В интерфазе происходят процессы, связанные с жизнедеятельностью клетки — диссимиляция и ассимиляция. Возрастает запас энергии в клетке за счет синтеза АТФ. В ядре активно синтезируются все виды РНК, в ядрышке образуются и собираются рибосомы. Происходит интенсивный рост клетки, увеличивается количество всех ее органоидов.
Главным событием интерфазы является редупликация ДНК — ее самоудвоение и, следовательно, удвоение хромосом. Удвоившаяся хромосома состоит из двух одинаковых половинок, соединенных при помощи особой структуры, которую называют центромерой. Так клетка подготавливается к делению.
Продолжительность интерфазы зависит от типа клеток и в среднем составляет не менее 90% от общего времени клеточного цикла. После окончания интерфазы клетка вступает в следующую часть цикла — деление. Митоз – это деление клетки, приводящее к образованию двух дочерних клеток, имеющих точно такой же набор хромосом, как родительская клетка. Он представляет собой непрерывную цепь событий по распределению хромосом, которые биологи для удобства разделили на 4 фазы.
Хромосомный набор клеток. В клетке, находящейся в процессе деления ДНК спиралезуется и образует хромосомы, которые можно увидеть и в световой микроскоп. Клетки каждого организма содержат определенный набор хромосом, который называют кариотипом (от греч. карион — ядро и типос — образец, форма). Для каждого вида организмов характерен свой кариотип. Хромосомы кариотипов различаются по форме, величине и набору генетической информации. Хромосомный набор строго индивидуален для каждого вида организма. Так, кариотип человека составляет 23 пары хромосом, плодовой мушки дрозофилы — 4 пары хромосом, одного из видов пшеницы — 14 пар.
Исследования кариотипов различных организмов показали, что в их клетках может содержаться двойной и одинарный наборы хромосом.
Двойной набор хромосом состоит всегда из парных хромосом, одинаковых по величине, форме и характеру наследственной информации. Парные хромосомы называются гомологичными (от греч. голос— одинаковый). Так, все неполовые клетки человека содержат 23 пары хромосом, т. е. 46 хромосом представлены в виде 23 пар. У дрозофилы 8 хромосом образуют 4 пары. Парные гомологичные хромосомы внешне очень похожи. Их центромеры находятся в одних и тех же местах, а гены расположены в одинаковой последовательности.
В некоторых клетках может быть одинарный набор хромосом. Например, в клетках низших растений — водорослей набор хромосом одинарный, тогда как у высших растений и животных он — двойной. Половые клетки животных также имеют одинарный набор хромосом. Парные хромосомы в таком случае отсутствуют, гомологичных хромосом нет, а есть негомологичные.
Хромосомный набор принято обозначать латинской буквой п. Двойной набор соответственно обозначается 2п, а одинарный — п.
Образование клеток с одинарным набором хромосом происходит в процессе особого деления — мейоза.
Мейоз. Мейоз (от греч. мейозис — уменьшение, убывание) — такое деление клетки, при котором хромосомный набор во вновь образующихся дочерних клетках уменьшается вдвое.
Как митозу, так и мейозу предшествует интерфаза, в которую происходит редупликация ДНК. Перед началом деления каждая хромосома состоит из двух молекул ДНК, которые образуют две сестринские (дочерние) хроматиды, сцепленные центромерами. Таким образом, перед началом деления хромосомный набор клетки составляет 2п, а количество ДНК — 4с.
Процесс мейоза состоит из двух последовательных делений — мейоз I и мейоз II, которые подразделяются на те же стадии, что и митоз. В результате образуется не две, а четыре клетки с одинарным – п набором хромосом.
Таким образом, клетка работает, как единая биологическая система с высокой степенью точности и согласованности. Саморегуляция ее активности осуществляется благодаря различным белкам, информация о структуре которых закодирована в генетическом аппарате клетки.
