 |
|
Поділ клітин. Мітоз
У різноманітних видів одноклітинних і багато клітинних організмів поділ клітин має багато спільних рис. Є два способи поділу клітин:1)мітоз(гр.»мітос»-нитка),або непрямий поділ,при якому утворюються хромосоми,що мають форму ниток;2)амітоз,або прямий поділ,при якому хромосоми не утворюються і ядро без будь-яких видимих змін ділиться на дві частини. У природі найбільше поширений мітоз,амітоз зустрічається дуже рідко. Тому ми докладно розглянемо мітоз-складний процес,що має багато різних фаз.
Під час мітозу вся клітина в цілому зазнає складних змін,але особливо істотно змінюються хромосоми. Підготовка до мітозу починається ще в період інтерфази і виявляється:
1) у подвоєнні хромосом,кожна з яких на момент мітозу має дві нитки,або дві молекули ДНК;
2) у збільшенні кількості органоїдів цитоплазми;
3) у синтезі АТФ,енергія якої обов’язково використовується під час поділу клітини;
4) у синтезі білків,особливо тих,які зв’язані з хромосомами й клітинним центром і беруть участь у процесі поділу.
Як тільки вся ця підготовка закінчується,клітина починає ділитися.
Фази мітозу
У мітозі розрізняють чотири фази:профазу, метафазу, анафазу, телофазу.
Під час профази ядро збільшується, розбухає. Хромосоми починають спірально закручуватися. Така спіралізація приводить до скорочення нитки ДНК у багато разів. Але при цьому спірально закручена хромосома дуже потовщується і стає видимою в світловий мікроскоп навіть при збільшенні в 100-200 раз. Хромосоми спаралізуються протягом усієї профази.
На кінець профази всі хромосоми чітко відокремлюються одна від одної і стає чітко видно їхні розміри,форму,будову,можна також їх точно полічити. У цей час видно,що кожна хромосома-видовжене щільне тільце,яке складається з кількох частин,відокремлених одна від одної перетяжками.
На хромосомі виділяється первина перетяжка,або центром ера (гр. «мерос» - частина).Як видно на малюнку, це найвужча частина хромосоми. На хромосомі може бути друга перетяжка.
Кожна хромосома,складається з двох скручених у спіраль ниток,які тісно прилягають одна до одної по всій довжині хромосоми. Їх називають хроматидами.
Під час профази центріолі, а їх дві в кожній клітині,розходяться до полюсів. Між центріолями, розміщеними тепер на двох протилежних полюсах клітини,утворюються тонкі нитки,які складаються з білка і являють собою дуже дрібні трубочки. Ці нитки разом з центріолями, від яких вони відходять,дістали назву веретена поділу.
У кінці профази ядерна оболонка розчиняється й хромосоми вільно і без певного порядку розміщуються в цитоплазмі.
Друга фаза мітозу-метафаза-починається з того,що хромосоми розміщуються впорядковано, пересуваючись до екватора. Досягнувши екватора, хромосоми розміщуються в одній площині,і в цей момент до кожної хромосоми прикріплюються одна з ниток веретена. Нитки веретена прикріплюються до центромер хромосом. Не всі нитки веретена виявляються прикріпленими до хромосом. Частина їх вільна від хромосом;ці нитки називають безперервними,оскільки вони тягнуться від однієї ценріолі до другої.
Коли всі хромосоми прикріплюються до ниток веретена, хроматиди кожної хромосоми починають розходитися до полюсів клітини;до одного полюса відходить одна хроматида, до протилежного-друга.
Початок розходження хроматид до полюсів клітини й означає початок наступної фази мітозу-анафази. Під час анафази хроматини,які тепер можна називати дочірніми хромосомами,розходяться до полюсів клітини. Від екватора до полюсів хромосоми рухаються завдяки ниткам веретена,до яких прикріплені хромосоми. Нитки веретена скорочуються й розтягують дочірні хромосоми до протилежних полюсів клітини. Під час руху хромосом використовується енергія АТФ. Рухаючись,хромосоми згинаються подібно до шпильки й рухаються вперед центром ерами,за які їх тягне нитка веретена.
Розходження до полюсів клітини двох дочірніх груп хромосом означає початок останньої фази мітозу-телофази. Під час телофази хромосоми,які наблизилися до полюсів клітини,втрачають правильну форму,починають розкручуватися і знову набувають форми довгих ниток,які переплітаються одна з одною,що характерно для ядра в період,коли воно не ділиться. Отже в період інтерфази хромосоми перебувають у розкрученому стані,а в період мітозу-в спаралізованому.
Одночасно з де спіралізацією хромосом у дочірніх ядрах знов утворюється ядерна оболонка,формується ядерце і повністю відновлюється характерна для інтерфази будова ядра. Протягом телофази ділиться й цитоплазма,внаслідок чого дві дочірні клітини відокремлюються одна від одної. Ці клітини за будовою повністю подібні до материнської,але відрізняються від неї меншими розмірами. Біологічне значення мітозу. В результаті мітозу кожна дочірня клітина дістає такі самі хромосоми,які мала материнська клітина. Кількість хромосом в обох дочірніх клітинах точно дорівнює кількості хромосом материнської клітини.
Отже,біологічне значення мітозу полягає в суворо рівномірному розподілі хромосом між ядрами двох дочірніх клітин. Це означає,що мітоз забезпечує і повне передавання всієї спадкової інформації кожному з дочірніх ядер.
Якщо порушиться нормальний хід мітозу і в дочірній клітині хромосом виявиться менше або більше ніж у материнській,то це призведе до істотних змін у життєдіяльності цієї клітини і навіть у її загибелі.
Тривалість мітозу. У життєвому циклі клітин мітоз займає значно коротший проміжок часу,ніж інтерфаза. Порівняння тривалості мітозу і інтерфази:епітелій тонкої кишки миші: інтерфази 12-18, мітозу 0.5-1; епітелій дванадцятипалої кишки миші:інтерфази11, мітозу 3; клітини корінця бобрів: інтерфази 25, мітозу 0.5.
У більшості клітин увесь процес мітозу,від профази до завершення телофази,триває 1-2год.
Окремі фази мітозу також неоднакові за часом. У клітинах ссавців тривалість кожної фази мітозу дорівнює:профаза-20-35хв,метафаза-6-15хв,анафаза-8-14хв,телофаза - 10-40хв.
Кількість хромосом. Кількість хромосом стала для кожного виду тварин і рослин. Це означає,що в кожній клітині будь-якого організму,який належить до одного виду,цілком певна кількість хромосом. У жита їх 14,і,отже,в ядрі кожної клітини цієї рослини міститься саме 14 хромосом. У людини 46 хромосом,і всі клітини тіла кожної людини мають по 46 хромосом.
Хромосоми,які містяться в ядрі однієї клітини,завжди парні,тобто є по дві однакові,або гомологічні,хромосоми,які становлять одну пару.Так ,46 хромосом людини утворюють 23 пари, у кожній парі об’єднані дві однакові хромосоми. Хромосоми різних пар відрізняються одна від одної формою,місцем розташування центром ери і вторинних перетяжок.
Сукупність хромосом,що містяться в одному ядрі,називається хромосомним набором. Кожний вид організмів має свій набір хромосом.
У будь-якому багатоклітинному організмі розрізняють дві категорії клітин:соматичні(нестатеві),які інакше називаються гаметами. Ядра соматичних клітин мають диплоїдний(подвійний)набір хромосом. Ядра статевих клітин мають гаплоїдний,тобто одинарний,набір хромосом. Так, диплоїдний набір жита складається з 14 хромосом,то гаплоїдний набір у ядрах гамет має 7 хромосом. Якщо диплоїдний набір людини складається із 46 хромосом,то гаплоїдний набір дорівнює 23 хромосом. У галоїдному наборі від кожної пари лишається тільки одна хромосома.
Кількість хромосом і диплоїдного і галоїдного набору стала для кожного виду організмів.
Питання для самоконтролю
1.Які є способи поділу клітин і чим вони характеризуються?
2.Що таке веретено поділу і коли воно утворюється в клітині?
3.В якому стані перебувають хромосоми в інтерфазі і під час мітозу?
4.Розкажіть про фази і про зміни хромосом під час мітозу.
5.Яка біологічна суть мітозу?
6.Що таке диплоїдний набір хромосом?
ТЕМА 7: МЕЙОЗ.
План
1. Мейоз. Фази мейозу
2. Запліднення
Мейоз. Фази мейозу
Мейоз ( від грец. Мейозіс – зменшення) - особливий спосіб поділу еукаріотичних клітин, унаслідок якого хромосомний набір зменшується удвічі. Під час мейозу відбуваються два послідовні поділи, інтерфаза між якими вкорочена, а у клітин і рослин її взагалі немає. Кожний з цих поділів, як і мітоз, має чотири послідовні фази: профазу, метафазу, анафазу і телофазу.
Під час профази першого мейотичного поділу, хромосоми починають ущільнюватися і набувають вигляду паличкоподібних структур. Потім гомологічні хромосоми зближуються і кон’югують. У цей час створюється враження, що в ядрі знаходиться не диплоїдний, а гаплоїдний набір хромосом. Проте насправді кожна його складова частина – це пара сполучених між собою гомологічних хромосом.
Під час кон’югації може відбуватись і кросинговер, коли гомологічні хромосоми обмінюються певними ділянками. У результаті кросинговеру утворюються нові комбінації спадкового матеріалу. Таким чином, кросинговер є одним з джерел спадкової мінливості.
Через певний час гомологічні хромосоми починають відходити одна від одної. При цьому стає помітним, що кожна з них складається з двох хроматид. Так утворюються комплекси з чотирьох хроматид, сполучених між собою в певних місцях. Водночас триває вкорочення й ущільнення хромосом. Наприкінці профази 1 гомологічні хромосоми розходяться, зникають ядерця, руйнується ядерна оболонка і починає формуватись веретено поділу
У метафазі першого поділу мейозу нитки веретена поділу приєднуються до центромер гомологічних хромосом, центромери яких розташовані одна навпроти одної, а не на одній лінії, як під час метозу. В анафазі першого мейотичного поділу, гомологіні хромосоми розходяться до протилежних полюсів клітини. Наприкінці анафази 1 у кожного з полюсів клітини опиняється половинний набір хромосом. Розходження окремих гомологічних хромосом є випадковою подією, тобто невідомо, яка з них до якого з полюсів клітини відійде. Отже, це також є одним із джерел спадкової мінливості.
У телофазі першого поділу мейозу, у дочірніх клітинах формується ядерна оболонка. В клітинах тварин і деяких рослин хромосоми деспіралізуються і поділяється цитоплазма материнської клітини. В клітинах багатьох видів рослин цитоплазма може і не поділитися. Також унаслідок першого мейотичного поділу утворюються клітини або лише ядра з половинним порівняно з материнською клітиною набором хромосом.
Інтерфаза між першим і другим мейотичними поділами вкорочена: молекули ДНК у цей період не подвоюються , тому клітини майже відразу переходять до другого поділу.
Під час профази другого мейотичного поділу хромосоми, кожна з яких складається з двох хроматид, ущільнюються, зникають ядерця, руйнується ядерна оболонка, хромосоми починають пересуватись до центральної частини клітини, знову формується веретено поділу.
У метафазі другого мейотичного поділу завершується ущільнення хромосом і формування веретено поділу. Як і під час мітотичного поділу, центром ери хромосом розташовані в одній площині в центральній клітини і до них прикріплюються нитки веретена поділу.
В анафазі другого мейотичного поділу поділяються центром ери і хроматини кожної з хромосом розходяться до різних полюсів клітини.
Під час телофази другого мейотичного поділу хромосоми знову деспіралізуються, зникає веретено поділу, формується ядерця і ядерна оболонка. Завершується телофаза ІІ поділом цитоплазми. У результаті другого мейотичного кількість хромосом залишається такою ж, як і після першого, але кількість хроматид кожної з хромосом зменшується в двічі.
Отже, після двох послідовних мейотичних поділів диплоїдної материнської клітини утворюються чотири гаплоїдні дочірні. При цьому дочірні клітини можуть відрізнятись за набором спадкової інформації.
БІОЛОГІЧНЕ ЗНАЧЕННЯ МЕЙОЗУ:
Мейоз являє собою досконалий механізм, який забезпечує сталість каріотипу видів, які розмножуються статевим способом. Завдяки двом мейотичним поділам статеві клітини мають половинний порівняно з нестатевими набір хромосом. А набір хромосом, характерний для організмів певного виду, відновлюється під час запліднення.
Мейоз також забезпечує і спадкову мінливість організмів. По-перше, в профазі І гомологічні хромосоми обмінюються ділянками. По-друге, в анафазі І гомологічні хромосоми, які можуть містити різний набір спадкової інформації, опиняються в різних дочірних клітинах. Тому клітини, що утворилися внаслідок мейозу, можуть мати відмінний від материнської набір спадкової інформації.
МІСЦЕ МЕЙОЗУ У ЖИТТЄВОМУ ЦИКЛІ ОРГАНІЗМІВ:
Мейоз може відбуватись на різних фазах життєвого циклу організмів, які розмножуються статевим способом. Наприклад, паразитичні одноклітинні тварини – споровики, деякі водорості, протягом більшої частини життєвого циклу мають гаплоїдний набір хромосом. Диплоїдна в них лише зигота, а першим її поділом є мейоз.
У багатоклітинних тварин, голонасінних і покритонасінних рослин, навпаки, більша частина життєвого циклу представлена диплоїдними клітинами, гаплоїдні лише статеві клітини. У цих організмів мейоз передує утворенню статевих клітин.
У вищих спорових рослин мейоз відбувається під час утворення спор, з яких розвивається покоління, що розмножується статевим способом. Тому це покоління, на відміну від покоління, яке розмножується нестатево, гаплоїдне.
2.Запліднення
Ви вже знаєте, що процес запліднення супроводжується злиттям ядер чоловічої та жіночої статевих клітин. При цьому хромосовий набір заплідненої яйцеклітини подвоюється. Таким чином, можна припустити, що кількість хромосом в організмів, якими притаманне статеве розмноження, з кожним поколінням подвоюватись. Але в природі цього не спостерігається: у кожного виду набір хромосом постійний. Це свідчить про те, що існує особливий механізм, який забезпечує зменшення хромосомного набору статевих клітин удвічі порівняно з нестатевими. Цей механізм дістав назву редукційного поділу, або мейозу.
Питання для самоконтролю
1. Зі скількох поділів складається процес мейозу?
2. Що таке кон’югація гомологічних хромосом і кросинговер?
3. Чому мейоз сприяє спадковій мінливості організмів ?
4. Яке біологічне значення мейозу?
5. Яке місце мейозу в життєвому циклі організмів?
6. що спільного та відмінного між процесами мітозу та мейозу? Відповідь дайте у вигляді таблиці:
| ФАЗА | МІТОЗ | 1-й поділ мейозу | 2-й поділ мейозу |
| Профаза Метафаза Анафаза Телофаза |