Размножение клеток, Ткани Размножение или пролиферация. Как размножаются клетки растений

Размножение клеток, Ткани Размножение или пролиферация

Описание презентации Размножение клеток, Ткани Размножение или пролиферация по слайдам

Размножение клеток, Ткани

Размножение или пролиферация клеток – это процесс, который приводит к росту и обновлению клеток. Данный процесс характерен как для одноклеточных, так и для многоклеточных организмов. Одноклеточные организмы размножаются простым делением надвое, множественным делением или почкованием. Соматические клетки многоклеточных организмов размножаются путём сложного деления называемого митозом. Биологический смысл митотического деления состоит в том, что оно является ключевым событием в точной репликации всех хромосом ещё до того как, как произойдёт деление ядра и клетки. В результате митоза дочерние клетки получают такое же количество хромосом, какое было у родительских клеток. Простое деление клетки Митотическое деление соматических клеток

Существенной особенностью митотического деления является то, что оно в значительной мере сходно у всех организмов. В митозе различают две стороны – разделение исходного ядра на два дочерних ( кариокинез ), представляющее собой хромосомный цикл, и следующее за ним деление цитоплазмы ( цитокинез ) и представляющее собой цитоплазматический цикл. Кариокинез и цитокинез протекают синхронно, причём в кариокинезе имеет место чередование синтеза ДНК с митозом, тогда как цитокинез чередуется с ростом клеток (удвоение числа клеточных компонентов). Совокупность процессов, происходящих в клетке от одного деления до другого получило название митотического цикла. Схема кариокинеза Цитокинез лимфоцита

Митотический цикл состоит из двух стадий – интерфазы (стадия покоя) и собственно митоза. Интерфаза предшествует митозу, и функциональное содержание её заключается в том, что в ней происходит синтез ДНК. Длительность интерфазы составляет не менее 90% всего клеточного цикла. Различают три последовательных периода интерфазы: пресинетический G 1 , синтетический период S, и постсинтетический период G 2.

Пресинтетический период (G 1 ) является начальным периодом интерфазы. В этот период ДНК ещё не синтезируется, но происходит накопление РНК и белков, в том числе и белков, необходимых для синтеза ДНК. Увеличивается количество митохондрий. Это период длится 12 -24 часов. В синтетический период (S) происходит репликация и удвоение ДНК, синтез РНК и белков. К концу этого периода каждая из хромосом удваивается и состоит их двух сестринских хроматид, удерживаемых центромерой. Длительность этого периода обычно составляет 5 часов. Постсинтетический период (G 2 ) характеризуется остановкой синтеза ДНК и накоплением энергии в виде АТФ. Продолжается синтез белков, формирующих веретено деления. Продолжительность периода составляет 3 -6 часов.

Митоз. Совершается на протяжении четырёх последовательных фаз: профазы, метафазы, анафазы и телофазы. В профазе происходит конденсация и спирализация хромосом. Ядерная мембрана растворяется под действием ферментов, ядрышко исчезает. Центросома делится на две центриоли, которые расходятся к полюсам клетки. Затем между полюсами начинает формироваться веретено деления. Оно состоит из белка и РНК. Веретено деления представляет собой двухполюстную структуру, построеную из микротрубочек и различных белков. Хроматиды удерживаются вместе центромерой. Длительность профазы составляет 30 -60 минут. Профаза Веретено деления Сестринские хроматиды

В метафазе хромосомы располагаются на экваторе веретена. Они имеют вид толстых образований, плотно свёрнутых спиралью. Будучи прикреплёнными к нитям веретена центромерой, к которой прикрепляются особые белковые комплексы – кинетохоры , связанные с отдельными микротрубочками, хроматиды пока удерживаются вместе, но плечи их уже разъединены. Длительность метафазы – 2 -10 минут. В анафазе наступает разделение кинетохоров, а затем и продольное разделение хромосом. Хромосомы удлиняются и двигаются к соответствующим полюсам веретена. Анафаза длится 2 -3 минуты. Метафаза. Расхождение хромосом к полюсам клетки в анафазе

В телофазе дочерние хромосомы достигают полюсов, вытягиваются и деспирализуются. Кинетохорные трубочки исчезают. Образуется ядерная оболочка и вновь появляется ядрышко. Длительность телофазы составляет 20 -30 минут. На заключительном этапе клеточного деления происходит цитокинез, который начинается ещё в анафазе. Этот процесс заканчивается образованием в экваториальной зоне клетки перетяжки, которая разделяет делящуюся клетку на две дочерние клетки. Перетяжка обеспечивается сокращением кольца, сформированного филаментами актиновой природы. В клетках растений из-за регидности их стенок вместо образования сократительного кольца формируется пластинка между будущими дочерними клетками. На каждой стороне этой пластинки откладывается целлюлоза и она становится клеточной стенкой. Схематическое изображение телофазы Телофаза в клетках эпидермиса лука

Каждое клеточное деление является непрерывным процессом, поскольку ядерные и цитоплазматические фазы, вопреки различию в содержании, координированы во времени. Упорядоченность клеточных делений у эукариот осуществляется путём регуляции трёх переходных периодов в клеточном цикле: 1) вступление в митоз, 2) выход из митоза, 3) прохождение через пункт «Старт» , который вводит инициацию синтеза ДНК (S-фазу) в клетке. Продолжительность митотических циклов различна и составляет от нескольких часов до нескольких дней. Она зависит от типа тканей, физиологического состояния, внешних факторов (температура, свет). Телофаза – заключительная фаза митоза

Регуляция клеточного цикла Клеточный цикл эукариотических клеток регулируется последовательной активацией циклинзависимых киназ (СДК) путём взаимодействия их с белками-циклинами. Комплекс циклин-СДК активируется фосфорилированием треонинового остатка в белковой молекуле СДК. При этом комплекс циклин-СДК вовлекается в инициацию как митоза, так и репликации ДНК. Существуют и другие регуляторы клеточного цикла, например, белки р21, р16 и р27 ингибируют СДК, связываясь с ним и таким образом осуществляют регуляцию клеточного цикла. Схема регуляции синтеза ДНК в S-фазе Модели белков-киназ (СДК)

Хромосомная ДНК в клетках эукариот реплицируется лишь один раз в клеточном цикле. Предполагается существования ограничивающего фактора репликации. В подтверждении этой гипотезы установлены так называемые лицензирующие белки MSM, которые обычно связаны с хромосомой, но с началом S-фазы освобождаются от этой связи, позволяя репликацию ДНК, а после того, как синтез закончится, вновь связываются с хромосомами. Запрет репликации Разрешение репликации

У высших организмов митотическое деление клеток обеспечивает их рост с последующим увеличением массы тела и дифференциацией клеток. По мере индивидуального развития человека количество его клеток увеличивается, достигая у взрослого человека более чем 10 15 клеток и оставаясь затем постоянным в течение жизни.

Для деления клеток млекопитающих и птиц характерно то, что оно имеет определенные ограничения количества клеточных удвоений. Например, фибробласты человеческого плода удваиваются на протяжении 50 генераций, а в возрасте 40 и 80 лет подвергаются примерно 40 -30 удвоениям. Таким образом, у клеток высших животных имеется определённый лимит митотических делений, примерно 50 -100 делений. Это ограничение получило название «лимит Хейфлика» . Леонардо Хейфлик, 1961 Теломеры на концах хромосом

Большинство клеток в организме подвергаются процессам старения. Например, клетки печени живут 18 месяцев, а эритроциты – 3 -4 месяца. Организм взрослого человека ежедневно теряет 1 -2% своих клеток в результате их гибели. После смерти в ней происходит коагуляция цитоплазмы, распад митохондрий и других органелл в результате автолиза (ферменты лизосом). Для объяснения природы старения клеток предложено несколько гипотез, в которых придаётся значение ошибкам биосинтетических механизмов клеток, механизмам защиты от злокачественных перерождений нормальных клеток или другим причинам. Однако ни одна из известных гипотез не является исчерпывающей. По одной из гипотез причины старения находятся внутри самих клеток. Когда молекула ДНК воспроизводит себе подобную, для нее это не обходится без потерь — кончик молекулы теломер уменьшается. Это происходит при каждом очередном делении, пока наконец он не истощается совсем и молекула ДНК уже не может выполнять свою функцию, а клетка соответственно не может больше делится.

Во многих случаях для клеток характерно явление апоптоза , под которым понимают генетическую программу, в результате которой клетка совершает суицид. С помощью этого механизма многоклеточные организмы освобождаются от излишних или потенциально вредных клеток. К примеру, на апоптозе основана и защита от раковых заболеваний — соседи раковой клетки убивают себя, образуя “мертвую зону”, и только сбой в программе массового суицида приводит к заболеванию раком. Погибшие в результате апоптоза клетки замещаются новыми. Установлено, что клеточное содержание в организме человека обновляется примерно каждые семь лет. Но нервные клетки в организме млекопитающих живут и функционируют на протяжении всей жизни.

Феномен апоптоза отличается от старения. На примере нематоды Caenorhabditie elegans выяснено, что клеточный суицид контролируется тремя генами, которые контролируют синтез белков, регулирующих апоптоз. Так же открыта группа генов, которые контролируют ингибиторы апоптозных белков. Сейчас многие специалисты считают, что апоптоз выполняет необходимую организму функцию, удаляет поврежденные клетки и клетки с нарушенной функцией, поэтому если просто отключить апоптоз, это сократит жизнь человека. Caenorhabditie elegans

Амитоз Наряду с делением клеток путём митоза известен амитоз, под которым понимают прямое деление ядра клетки. При амитозе сохраняется интерфазное состояние ядра, ядрышка и ядерной мембраны. Ядро клеток делится на две части без образования веретена, в результате чего образуется двухядерная клетка. Амитоз иногда встречается в клетках скелетной мускулатуры, кожного эпителия, соединительной ткани. Однако считается, что амитоз является аномальным механизмом в размножении клеток. Амитоз встречается в различных тканях в специализированных обречённых на гибель клетках, особенно в клетках зародышевых оболочек млекопитающих. Клетка, претерпевающая амитоз, в дальнейшем не способна вступить в нормальный митотический цикл.

Биологические ткани Ткань — система клеток и межклеточного вещества, объединённых общим происхождением, строением и выполняемыми функциями. Строение тканей живых организмов изучает наука гистология. Совокупность различных и взаимодействующих тканей образуют органы.

Разные ткани характеризуются разной митотической активностью. Поэтому в зависимости от митотической активности различают стабильные, растущие и обновляющиеся ткани. Стабильные ткани — это ткани в которых клетки не делятся, а количество ДНК постоянно. Растущие ткани – это ткани, в которых клетки живут всю жизнь, но среди которых имеются такие, которые делятся посредством митоза. В результате этого наступает увеличение размеров органа. Обновляющиеся ткани –это ткани, в которых многие клетки подвержены митозам, в результате чего погибающие клетки компенсируются вновь образующимися. Стабильные ткани Растущие ткани Обновляющиеся ткани Ткань центральной и периферической нервной системы Ткани органов, желез внутренней секреции, скелетная и сердечная мускулатура Ткани ЖКТ, эпидермиса, костного мозга, семенников, дыхательного и моче-полового трактов. Свойства и типы тканей

Ткани животных и растений Для клеток многоклеточных организмов характерна специализация и объединение, в результате которых они образуют структуры, получивших название тканей, из которых формируются органы. Организация тканей связана с наличием у клеток обмена информацией, который достигается выделением клетками химических веществ, выполняющих функцию сигналов для других клеток. Химическая сигнализация осуществляется с помощью гормонов, которые воздействуют через кровь на клетки-мишени в разных тканях. Локальные химические вещества – медиаторы действуют только на ближайшие клетки. Сигнальные молекулы клеток Гормоны Медиаторы Инсулин, Соматотропин, Эстрадиол, Тестостерон, Кортизол, Соматостатин и др. Глицин, Ацетохолин, Гистамин, и др.

Клетки животных объединяются в состав тканей с помощью двух механизмов – прикрепительных и коммуникационных. Прикрепительный механизм заключается в том, что клетки с помощью рецепторов адгезинов могут присоединятся к внеклеточному матриксу, представляющему собой сеть фибриллярных белков. Основным белком во внеклеточном матриксе является коллаген, полимерные формы которого сосредоточены в коже, сухожилиях, хрящах, кровеносных сосудах, внутренних органах. Важнейшей особенностью коллагена является то, что ему присуща трёхцепочная спиральная структура. Молекулы коллагена Прикрепление клеток к матриксу коллагена

Другим механизмом объединения клеток в ткани являются коммуникационные контакты, наиболее распространённые из которых получили названия щелевых контактов. Они представлены щелями между плазматическими мембранами соседних клеток, заполненными рыхлой сетью органических молекул, что обеспечивает щелевой контакт клеток. Щелевые контакты позволяют малым молекулам переходить из одних клеток в другие. В случае нервных клеток имеют место синапсы, позволяющие передачу электрических и химических сигналов от одной клетки к другой. Щелевые контакты Синапсы нервных клеток

Механизм объединения клеток растений является несколько другим. В клеточной стенке растений имеются каналы и соединение соседних клеток обеспечивается через мостики цитоплазмы, которая проникает через цитоплазму. Такие цитоплазматические мостики называются плазмодесмами. Клеточная стенка Плазмодесмы

Образование тканей у животных происходит из эктодермы, эндодермы и мезодермы в период эмбриогенеза. Из эктодермы развивается эпителий кожи, из эндодермы – эпителий желудка, кишечника и лёгких, а из мезодермы – эпителий почек, серозных оболочек и других структур. У животных и человека различают пять типов тканей: эпителиальную, соединительную, мышечную, нервную и кровь. Эпителиальная ткань. Состоит из клеток покрывающих поверхность тела, внутренние поверхности органов, поверхности серозных оболочек , а также из клеток образующих железы. Различают плоский, кубический, железистый и реснитчатый эпителий.

Соединительная ткань представлена собственно соединительной, костной и хрящевой тканями, которые развиваются из мезенхимы и состоят из клеток и межклеточного вещества. Рыхлая соединительная ткань состоит из волокон коллагена и межклеточного вещества окружающего клетки соединительной ткани (фибробласты, макрофаги). Она является стромой многих внутренних органов. Костная ткань формирует скелет организма и состоит из остеоцитов и остеобластов, коллагена и солей кальция. Хрящевая ткань формирует скелет в эмбриональном состоянии и состоит из коллагена, хондроцитов и хондробластов. Соединительная ткань выполняет опорную, трофическую и защитную функции. Рыхлая соединительная ткань Костная ткань

Кровь и лимфа. Кровь является очень сложным образованием, составляющим примерно 5 -9% массы тела человека. В её составе различают плазму и форменные элементы – эритроциты, лейкоциты и тромбоциты. В эмбриональном периоде кровь развивается из мезенхимы, а затем из полипотентных стволовых клеток. Развитие крови идёт параллельно с кровеносными сосудами. Важнейшими функциями крови являются трофическая, дыхательная и транспортная.

Костный мозг Пролипотентные стволовые клетки тромбоциты макрофагимегакариоциты. Дифференцировка клеток крови

Различные формы иммунитета Клеточный иммунитет – представлен клетками иммунной системы Гуморальный иммунитет – представлен иммуноглобулинами (антителами)

Клеточный иммунитет

Гуморальный иммунитет. Иммуноглобулины Антитела (иммуноглобулины, ИГ, Ig) — это растворимые гликопротеины, присутствующие в сыворотке крови, тканевой жидкости или на клеточной мембране, которые распознают и связывают антигены. Иммуноглобулины синтезируются В-лимфоцитами (плазматическими клетками) в ответ на чужеродные вещества определенной структуры — антигены. У млекопитающих выделяют пять классов иммуноглобулинов — Ig. G, Ig. A, Ig. M, Ig. D, Ig. E, различающиеся между собой по строению и аминокислотному составу тяжелых цепей. Общий план строения иммуноглобулинов: 1) Fab — антиген-связывающий фрагмент; 2) Fc -фрагмент, способный к кристаллизации; 3) тяжелая цепь; 4) легкая цепь; 5) антиген-связывающийся участок; 6) шарнирный участок Иммуноглобулины бифункциональны. Это означает, что иммуноглобулин любого типа: 1) распознает и связывает антиген, 2) усиливает киллинг и/или удаление иммунных комплексов, сформированных в результате активации эффекторных механизмов.

Клонально-селекционная теория иммунитета Впервые клонально-селекционная теория иммунитета была предложена австралийским иммунологом М. Барнетом (1957 г. ). Клонально-селекционная теория имеет в виду то, что каждый лимфоцит синтезирует антитела только одной определенной специфичности. И эти антитела располагаются на поверхности этого лимфоцита в качестве рецепторов. 1. Антитела и лимфоциты с нужной специфичностью уже существуют в организме до первого контакта с антигеном. 2. Лимфоциты, которые участвуют в иммунном ответе, имеют антигенспецифические рецепторы на поверхности своей мембраны. 3. Любой лимфоцит несет на своей поверхности рецепторы только одной специфичности. 4. Лимфоциты, имеющие антиген, проходят стадию пролиферации и формируют большой клон плазматических клеток. Плазматические клетки синтезируют антитела только той специфичности, на которую был запрограммирован лимфоцит-предшественник. Сигналами к пролиферации служат цитокины , которые выделяются другими клетками.

Мышечная ткань. Образована мышечными клетками – миоцитами, являющимися структурно-функциональными единицами многоядерных мышечных волокон миофибрилл. Эти волокна образуются в результате слияния миоцитов. Сократительную способность мышц обеспечивают сократительные структуры миофибриллы содержащие белки актин и миозин. Гладкая мускулатура Скелетная мускулатура

Нервная ткань. Формируется из эктодермы и представлена нейронами, которые являются клетками, проводящими электрические импульсы. Нейрон состоит из тела, в котором содержится ядро. И отходящих от тела двух трёх отростков. Отростки, которые проводят нервные импульсы от тела нейрона к периферии, называются аксонами, а те, которые проводят нервные импульсы к телу нейрона, названы дендритами. Нервная ткань составляет основной компонент нервной системы, главные функции которой заключаются в регуляции функционирования тканей и органов.

Ткани растений Клетки высших растений также, как и животных, специализированы и организованы в ткани. У растений различают меристематическую (образовательную), покровную, основную и проводящие ткани. Меристематические ткани представлены мелкими клетками с крупными ядрами, в которых очень высок уровень метаболизма. Эти клетки обеспечивают рост растения в течение длительного времени. Меристема имеется в зародыше, на кончиках корней и в камбии. Меристема даёт начало тканям других типов. Апикальная меристема Листовй примордий Гистогенный уровень Боковая почка Каллус – меристематическая ткань in vitro

Дифференцировка каллусной ткани растений

Покровные ткани представлены плотными сомкнутыми клетками, располагающиеся на внешней стороне растений. Это эпидермис листьев, пробковые и корковые слои стебля и корней (7). Основные ткани представлены различными по форме клетками, образующими основную массу тела растений (мягкие части листьев, сердцевину стеблей и корней) (1, 3). Функция этих тканей заключается в синтезе и накоплении питательных веществ. Проводящие ткани представлены ксилемой (2) и флоэмой (4). Ксилема даёт начало длинным клеткам – трахеидам. После растворения в них поперечных стенок они превращаются в длинные целлюлозные трубки. Ксилема проводит воду и растворы минеральных солей к листьям. Флоэма образуется также как и ксилема, но поперечные перегородки в ней не растворяются. В них образуются отверстия, обеспечивающие проход органическим веществам от листьев к корням. Поэтому флоэма обеспечивает нисходящий поток синтезированных растением органических веществ.

Общие выводы 1. Размножение или пролиферация клеток – это процесс, который приводит к росту и обновлению клеток. Соматические клетки многоклеточных организмов размножаются путём сложного деления называемого митозом, который обеспечивает равное распределение хромосом между дочерними клетками. 2. Митоз совершается на протяжении четырёх последовательных фаз: профазы, метафазы, анафазы и телофазы. Подготовительный этап – интерфаза составляет 90% всего клеточного цикла. 3. Клеточный цикл регулируется особыми белками – циклинзависиыми киназами. 4. Во многих случаях для клеток характерно явление апоптоза. С помощью этого механизма многоклеточные организмы освобождаются от излишних или потенциально вредных клеток. 5. Для клеток многоклеточных организмов характерна специализация и объединение, в результате которых они образуют структуры, получивших название тканей, из которых формируются органы. Механизмы объединения клеток в ткани у животных и растений различны. 6. В результате появления многоклеточности возникла необходимость в защите организма от чужеродных клеток. Появился иммунитет.

present5.com

РОСТ И РАЗМНОЖЕНИЕ КЛЕТОК - КЛЕТКИ - Биология 6 класс - Л.И. Остапченко - Генезис

ТЕМА 1 КЛЕТКИ

§12. РОСТ И РАЗМНОЖЕНИЕ КЛЕТОК

Вспомните свойства живого; основные положения клеточной теории. Что такое хромосомы?

Вы помните, что среди основных признаков организмов и их клеток есть способность к росту и размножению.

Чем характеризуется рост клеток?

Все новообразованные клетки постепенно увеличиваются в размерах (рис. 47). Это становится возможным благодаря тому, что в них интенсивно образуются белки и другие органические вещества. Рост клеток не может продолжаться бесконечно. Только клетка достигает определенных размеров, ее рост прекращается, и она вновь приобретает способность к делению.

Как происходит размножение клеток? Одно из важных проявлений жизнедеятельности клетки - способность к делению. Разделение - очень сложный процесс (рис.48). Перед делением в ядре становятся заметны хромосомы. Каждая хромосома делится продольно на две половины. Эти половины со временем расходятся к противоположным полюсам материнской клетки. Вокруг них формируется ядерная оболочка. В новом ядре оказывается столько хромосом, сколько их было в материнской клетке. Дальше делится цитоплазма. Все содержимое клетки также равномерно распределяется между двумя новыми клетками. Так из одной материнской клетки образуется две дочерние.

Каждая из дочерних клеток унаследовала по одной половине хромосом. Поэтому за набором наследственной информации они напоминают материнскую клетку. В период между делениями каждая из дочерних клеток восстанавливает вторую половинку хромосом. Их становится столько, сколько перед началом деления. Каждая дочерняя клетка постепенно растет, достигая размеров материнской и вновь приобретает способность к делению. Так организм растет и обновляет свой состав.

Способность клеток к размножению, имеет исключительное значение для существования организмов. Клетка имеет свою продолжительность жизни. И если на ее месте не будут являться новые клетки, организм вскоре непременно погибнет. Итак, много клеток растений, грибов и животных способны к периодическому разделения.

Рис. 47. Увеличение размера клетки благодаря росту

Рис. 48. Этапы деления клетки:

1. Клетка готовится к делению, в ядре видны составляющие хромосом в виде нитей (а). 2. Начало деления: хромосомы (б) хорошо видно в микроскоп, можно даже посчитать их количество. 3. Исчезает оболочка ядра, хромосомы (б) направляются к центру клетки. 4. Хромосомы (б) располагаются в ряд по центру клетки. 5. Половины каждой хромосомы (в) расходятся к противоположным концам клетки. 6. Вокруг каждой из групп хромосом формируется ядерная оболочка, делится цитоплазма. Образуются дочерние клетки

ОБОБЩИМ ЗНАНИЯ

- Клетки как одноклеточных, так и многоклеточных организмов проявляют такие свойства живого: они растут, развиваются и размножаются.

- Во время деления клетки обычно образуются две дочерние, которые являются точной копией материнской.

- Способность клеток к размножению обеспечивает непрерывность существования жизни на нашей планете.

Пополните свой биологический словарь: рост, размножение, деление клетки.

ПРОВЕРЬТЕ ПОЛУЧЕННЫЕ ЗНАНИЯ

 Выберите один правильный ответ

1. Размеры клеток увеличиваются за счет: а) роста; б) размножению.

2. Непрерывность жизни на Земле обеспечивается: а) ростом клеток; б) размножением клеток; в) обменом веществ; г) раздражимостью клеток.

Установите последовательность деления клеток: а) образование двух дочерних клеток; б) размещение хромосом посередине клетки; в) расхождение частей хромосом к разным концам клетки; г) уплотнение хромосом; д) разделение цитоплазмы материнской клетки.

Установите соответствие между органелами растительной клетки и их функциями (одна лишняя).

А ядро 1 фотосинтез

Б рибосомы 2 хранение питательных веществ

В хлоропласты 3 защита от воздействий внешней среды

Г вакуоли с клеточным соком 4 участие в образовании белков

5 местонахождение хромосом

Дайте ответ на вопрос

Какова роль хромосом в клетке?

Подумайте. Как обеспечивается точная передача наследственного материала от материнской клетки дочерним?

страница будущего биолога

Вы уже знаете, что в ядре хранится наследственная информация. Она закодирована в молекуле ДНК.

Каждая молекула ДНК напоминает винтовую лестницу, в которой цепочки атомов образуют боковые перемычки («ступеньки»), расположенные через равные промежутки (рис. 49). Вся молекула может раздвоиться, при этом «ступеньки» разъединяется посередине. После раздвоения укороченные «ступеньки» притягивают к себе молекулы, которые достраивают половинки «лестницы», которой недостает. Так из одной спирали образуются две. Этот вроде простой механизм является сущностью жизни. Таким образом ДНК может точно воспроизводить саму себя.

Дополнительную информацию о клетку вы можете получить на интернет-сайтах, в частности, в сети Google. В различных информационных источниках вы можете найти сведения о клетка: ее строение, процессы жизнедеятельности. Для этого нужно набрать словосочетание: «Растительная клетка», «Животная клетка», или «Молекула ДНК» и тому подобное.

Рис. 49. Схема строения ДНК

schooled.ru

Размножение клеток

Процесс размножения клеток является основой всего морфогенеза, так как он поставляет материал для последующего роста и дифференциации клеток.

Собственно говоря, для возникновения морфологических структур достаточно одного процесса размножения клеток, которое управляется путем торможения или стимуляции его в разных направлениях. Процессы растяжения клеток и их дифференциации имеют уже скорее значение в том, чтобы возникшие структуры были жизнеспособными и могли функционировать в составе целого растения. Поэтому, рассматривая роль фитогормонов в морфогенезе растений, необходимо в первую очередь обратиться к вопросу о том, как с помощью фитогормонов регулируется размножение клеток.

В настоящее время считается, что подготовку клеток к делению и митоз можно рассматривать как циклически повторяющийся процесс развития клеток; каждый отдельный такой цикл называется митотическим. Во время осуществления клетками этого цикла в разные его периоды происходят синтезы белков, специфичных для того или иного этапа, и синтезы различных информационных РНК, необходимых для построения этих белков, т. е. последовательность развития клетки в процессе подготовки ее к делению определяется последовательностью транскрипции и трансляции части наследственной информации, управляющей размножением клеток.

Следует отметить, что помимо белков, синтезируемых на определенных этапах подготовки к делению (фазоспецифичных) существуют белки, которые синтезируются в течение всего периода подготовки к делению (конститутиивные), которые необходимы для поддержания клетки в живом состоянии. Поэтому процесс подготовки клеток к делению разыгрывается на фоне непрерывного синтеза конститутиивных белков, и синтез фазоспецифичных белков является лишь частью общего белкового синтеза.

Самое замечательное в этой последовательности — это ее замкнутость, которая достигается тем, что конечное состояние является в то же время исходным для нового цикла. При другом типе развития клеток — дифференциации, конечное состояние является действительно конечным, так как оно может измениться лишь при гибели клеток или когда их возвращение в исходное состояние можно вызвать искусственно.

Последовательность использования генетической информации в процессе подготовки клеток к делению, по-видимому, не является автономной, а нуждается во внешних, цитоплазматических индукторах. По предположению Стерна, митотический цикл, или макроцикл, можно разбить на целый ряд микроциклов. Каждый микроцикл включает в себя синтез на ДНК информационной РНК под влиянием цитоплазматического индуктора, образование фазоспецифичного белка, образование под влиянием ферментативной активности этого белка индуктора или индукторов, которые прекращают деятельность дерепрессированного участка ДНК и активируют новый, следующий участок.

Регулирование деления клеток в организме достигается за счет создания условий, благоприятствующих делению клеток в одних участках и подавляющих этот процесс в других. Наиболее вероятным способом такого регулирования может быть наличие в общей последовательности таких микроциклов, которые осуществляются при участии внеклеточных индукторов, в большинстве случаев гормональной природы. Под внеклеточным индуктором следует понимать индуктор, не возникающий в делящейся клетке, а поступающий в нее из других клеток организма. Хотя регулирование с помощью влияния на синтез конститутивных белков мы можем себе представить, оно менее вероятно.

При отсутствии внеклеточного гормонального индуктора цепь микроциклов прерывается, и клетки не могут завершить митотический цикл (макроцикл). Поэтому с помощью управления распределением в теле организма этого (или этих) (индуктора (индукторов) может осуществляться управление размножением клеток. Одним из доказательств этого служит тот факт, что клетки опухолевых тканей, не подчиняющиеся регулирующему воздействию организма, в большинстве случаев не нуждаются в гормонах для размножения, т. е. являются в этом смысле автономными.

Широко известно, что клетки растительных опухолей способны размножаться на питательных средах без ауксинов и цитокининов. Согласно имеющимся данным, эта автономность обусловлена способностью к самостоятельному синтезу фитогормонов, которые, таким образом, из внеклеточных индукторов превращаются во внутриклеточные.

Если фитогормон выступает как фактор, необходимый для осуществления лишь какого-то этапа митотического цикла, то можно ожидать, что в отсутствие фитогормона клетки, не прошедшие этот этап, остановятся в процессе подготовки к делению перед ним, а клетки, которые к моменту исчезновения фитогормона уже прошли этот этап, завершат митотический цикл делением, но две дочерние клетки также остановятся перед этим этапом. Таким образом, через некоторое время (не менее продолжительности одного митотического цикла) все клетки популяции будут находиться в одинаковой фазе митотического цикла, т. е. будут синхронизированы. Если после некоторого периода отсутствия фитогормона дать его вновь, то эта синхронизация выявится в более или менее одновременном осуществлении клетками первого и, может быть, нескольких последующих делений. В случае фазоспецифичного действия через некоторое время все клетки скапливаются перед зависящим от гормона этапом митотического цикла. При введении гормона в среду обнаруживается синхронизация делений. В случае неспецифичного действия фитогормона распределение клеток по фазам митотического цикла не изменяется. Скорость осуществления митотического цикла либо уменьшается, либо равняется нулю. При введении гормона возобновляется экспоненциальный рост популяции.

В нашей работе с суспензионной культурой ткани табака мы показали, что после выдерживания ткани в течение 2—3 суток на среде без ауксина (НУК) количество клеток в суспензии переставало увеличиваться. Если в среду затем добавляли НУК, то в период между 8 и 12 часами после ее добавления происходило увеличение количества ДНК, а в период между 16 и 20 часами наблюдалось увеличение количества клеток. После первого синхронизированного деления мы наблюдали второе (дальше опыты не проводились). Эти факты позволили нам предположить, что ауксин необходим на каком-то одном этапе митотического цикла, и что этот этап находится где-то в периоде G1.

Можно предположить, что такой фазоспецифичный характер действия на митотический цикл клеток присущ не только ауксину, но и другим гормонам, в том числе и гормонам животных, в тех случаях, когда они действуют на деление клеток. Так, в работах Сакса и Ланга показано, что индуцированные гиббереллином деления клеток в субапикальной меристеме стебля в какой-то степени синхронизированы. Так как первое синхронизированное деление происходило через 24 часа после обработки, то высказывалось предположение, что действие гиббереллина может быть приурочено к началу периода G1. Однако других данных, более четко выявляющих характер действия гиббереллина на митотический цикл, не было представлено.

При индукции стрелкования у горчицы одним длинным днем вначале происходило резкое увеличение митотического индекса, а уже через 12 часов после этого увеличение количества меченых ядер. Так как действие фотоиндукции длинным днем состоит в увеличении количества эндогенных гиббереллинов, то эти данные можно рассматривать как подтверждение того, что гиббереллин и в данном случае выступает в качестве фазоспецифичного индуктора деления, только в этом случае его действие приурочено к периоду G2.

Сходная картина в действии на деление клеток наблюдается при сравнении приведенных наших данных относительно ауксина и данных по действию эстрогенов на клетки эпителия матки мышей с удаленными яичниками. В работе этих авторов мышам вводили 17 β-эстроген, или местранол, затем в различные промежутки времени Н3-тимидин на 45 минут, потом фиксировали эндометрий и определяли процент меченых ядер. Видно, что ход вступления клеток в S-период под влиянием эстрогена очень близок к ходу накопления ДНК в суспензии ткани табака при индукции деления ауксином.

Таким образом, фазоспецифичное действие гормонов на митотический цикл наблюдается во многих случаях.

В настоящее время неизвестно, действуют ли специфично на этот процесс ингибиторы (абсцизиновая кислота, ретарданты, морфактины и т. д.), которые во многих случаях тормозят рост именно за счет подавления размножения клеток.

Фазоспецифичное действие гормонов н-a митотический цикл можно рассматривать как иллюстрацию того положения, что иногда гормон лишь запускает какой-то процесс, а не действует на всем его протяжении. Так, в случае деления клеток можно предполагать существование какого-то одного гормон-зависимого этапа, все последующие реакции митотического цикла, таким образом, зависят от фитогормона косвенно. Поэтому многие изменения в клетках, возникающие после обработки гормонами, в том числе синтезы ДНК, новых РНК и белков, могут быть не непосредственной реакцией на гормон, а следствием осуществившейся первичной реакции.

Рассмотрим конкретные примеры участия фитогормонов в регуляции деления клеток.

Хотя механизм действия ауксина наиболее интенсивно изучается на примере его влияния на рост растяжением клеток отрезков колеоптилей и стеблей, можно считать, что участие ауксина в делении клеток не менее, а может быть, и более значимо в регуляции роста растений, чем его участие в растяжении клеток. Местом наиболее высокой концентрации ауксина в растениях являются делящиеся ткани (концевые меристемы, камбий), и ауксин, вводимый извне, в первую очередь накапливается в них. Можно предполагать, что высокая митотическая активность этих тканей и высокое содержание в них ауксина как-то связаны между собой. Эта связь, вероятно, выражается в том, что ауксин необходим для деления клеток и вырабатывается в делящихся клетках.

Попытки регулировать деление клеток меристем с помощью введения извне ауксина (в большинстве случаев оказались неудачными, так как из-за высокого уровня эндогенного ауксина вводимый извне препарат оказывался избыточным для этих тканей. Однако деление камбия во многих случаях активировалось под влиянием экзогенного ауксина, особенно при совместном применении с гиббереллином или кинетином.

Делящиеся клетки, по-видимому, могут быть источником ауксина лишь тогда, когда они находятся в составе целого растения, так как при их изоляции они сами нуждаются в присутствии в среде ауксина для осуществления размножения клеток. В целом растении источником ауксина или его предшественника для меристематических тканей могут служить молодые листья, так как показано, что введенные в них ИУК-С14 и триптофан-С14 передвигаются акропетально и накапливаются в верхушке растения.

Применение ауксинов извне, особенно таких, как 2,4-Д и НУК, может приводить к нарушению упорядоченности делений в зонах роста. В результате этого вместо обычных морфологических структур возникают бесформенные наросты, превращающиеся затем в каллусную ткань. Это явление широко используется для получения культур тканей разных, в том числе и однодольных растений. Сам-по себе факт дезорганизующего влияния ауксинов на упорядоченный ход процесса деления клеток в организме может также рассматриваться как свидетельство в пользу того, что регулирование процесса размножения клеток в организме достигается за счет лимитированного и направленного снабжения клеток ауксином. Когда количество ауксина перестает быть ограничивающим фактором, упорядоченность делений нарушается.

Примерами действия ауксина на деление могут служить корнеобразование, партенокарпическое разрастание завязи, дедифференциация изолированных паренхимных тканей.

Возникает вопрос, что общего в действии ауксина на деление клеток и на их растяжение? Сходство в требованиях к структуре молекулы ауксинов позволяет предположить, что активный комплекс в обоих случаях образуется при участии одного и того же рецептора. Но внутриклеточный уровень, на котором реализуется действие возникшего активного комплекса, может быть различным. Если в случае (растяжения клеток мы можем обойтись без предположения о действии ауксина на генетический аппарат клетки и на аппарат белкового синтеза, то при делении это предположение закономерно и необходимо.

В работах Володарского и Бутенко было показано, что при действии ауксина (совместно с кинетином) на сердцевинную паренхиму стебля табака, приводящем к активации деления клеток, в этой ткани возникают белки, иммунохимически сходные с белками меристематических делящихся клеток целого растения. Влияние ауксина на корнеобразование у черенков растений значительно более чувствительно к ингибиторам синтеза нуклеиновых кислот и белков, чем на растяжение клеток.

В настоящее время имеются данные о том, что большую роль в репликации ДНК и в делении клеток играет ядерная оболочка, а у бактериальных клеток, не имеющих ядра, оболочка клетки. В опытах Комингса и Какефуды синхронизированные клетки амниона человека в культуре инкубировали с Н3-тимидином в течение первых 10 минут S-периода. Последующая электронномикроскопическая циторадиоавтография показала, что начальное включение наблюдалось только в области ядер ной оболочки. Авторы предположили, что участки хромосом, ответственные за начало репликации ДНК (репликоны), присоединены к ядерной оболочке.

Возможно, что роль ауксина в индукции деления клеток связана с его влиянием на ядерную оболочку, тогда действие ауксина на размножение клеток и действие на растяжение имели бы между собой много общего, т. е. в обоих случаях влияли на мембранные структуры.

Сравнение характера зависимости разных процессов, вызываемых одним и тем же агентом, от концентрации этого агента может дать некоторые сведения о сходстве и различии в характере его действия на эти процессы. В отношении влияния ауксина на растяжение клеток известно, что величина реакции зависит от концентрации ауксина в среде. Существует область концентраций, в которой наблюдается линейная зависимость величины реакции от концентрации ауксина. Этот факт используется при полуколичественном определении ауксина в экстрактах с помощью биопробы.

В наших опытах по индукции деления клеток в ткани табака, выдержанной на среде без НУК в течение 2—3 суток, мы испытали, как зависит эта реакция от добавляемой концентрации НУК. Концентрация 0,05 мг/л не вызывает индукции деления клеток, при концентрациях 0,20—2,00 мг/л деление клеток наступает одновременно, и количество клеток, участвующих в первом делении, одинаково. Но при 0,20 мг/л клетки не переходят ко второму делению, тогда как при 2 мг/л осуществляется второе и последующие деления. Таким образом, наши данные позволяют предположить, что концентрация ауксина определяет количество митотипеских циклов, которое сможет совершить клетка, а не скорость прохождения митотического цикла. В отношении первого индуцированного деления реакция на ауксин, по-видимому, осуществляется по принципу «все или ничего», т. е. при концентрациях ниже пороговой реакция не наступает, а при всех концентрациях выше пороговой происходит независимо от концентрации.

Такой характер зависимости индукции деления от концентрации ауксина можно рассматривать как косвенное доказательство фазоспецифичности его действия. Это следует из того, что ауксин выступает как фактор, включающий механизм подготовки к делению при соответствующих концентрациях, а не как фактор, изменяющий скорость прохождения клетками митотического цикла.

Вероятно, схема реакции клеток на ауксин при индукции деления клеток выглядит следующим образом. В клетке существует какое-то количество молекул рецептора ауксина, при этом все молекулы рецептора должны соединиться с молекулами ауксина, чтобы клетка могла продолжать осуществление митотического цикла. Если количество ауксина недостаточно, то реакция не наступает, если же количество ауксина больше, чем требуется для насыщения, то это не оказывает влияния на процесс. В случае же действия ауксина на растяжение клеток степень стимуляции в некоторых пределах пропорциональна концентрации, т. е. для осуществления реакции не обязательно связывание с ауксином всех молекул рецептора.

Следует отметить, что в наших опытах по влиянию разных концентраций ауксина на размножение клеток в асинхронной популяции не было обнаружено зависимости типа «все или ничего». При повышении концентрации увеличивалась скорость накопления клеток в куль туре. Поэтому вопрос о зависимости деления клеток от концентрации ауксина требует дальнейшего выяснения, но для синхронизированной популяции клеток высказанные предположения обоснованы.

Первый цитокинин, выделенный из гидролизата ДНК и названный кинетином (6-фурфуриламинопурин), был открыт по его способности вызывать совместно с ИУК деление клеток в изолированной сердцевинной паренхиме табака. Последующие исследования показали, что кинетин способствует делению клеток и у других тканей, а также при действии на целое растение, например, при индукции пробуждения пазушных почек, образовании боковых корней, стимуляции

прорастания семян. Цитокинины были найдены в меристемах, в незрелых плодах, семенах и в камбии, в опухолевых тканях, т. e. там, где наблюдается интенсивное деление клеток. Более полный обзор литературы об участии цитокининов в делении клеток можно найти в работах Кулаевой и Миллера. Нас интересует вопрос о месте действия цитокининов в митотическом цикле и о характере их взаимодействия с ИУК.

При действии кинетина на сердцевинную паренхиму стебля табака началу деления клеток предшествовало увеличение количества ДНК. Это позволяет предположить, что действие цитокининов на деление осуществляется в периоде G1.

Подтверждением может служить работа Мак Леода, в которой было показано, что кинетин увеличивает скорость синтеза ДНК у клеток, которые в момент обработки еще не вступили в S-период, и не влияет на нее у клеток, находящихся в момент обработки в S-периоде. Таким образом, чтобы изменить скорость синтеза ДНК, кинетин должен был подействовать на клетки до начала S-периода, т. е. в периоде G1.

В настоящее время мы не знаем, можно ли с помощью чередования выращивания ткани на среде без кинетина с выращиванием на среде с кинетином получить синхронизацию деления клеток в этой ткани. Поэтому пока нельзя решить, является ли кинетин специфичным индуктором какого-то этапа митотического цикла или необходим на всем его протяжении.

Следует отметить, что потребность изолированных тканей в кинетине для размножения клеток не такая строгая, как в отношении ауксина. Существует много культур, полученных из нормальных тканей растений, которые длительное время выращиваются на средах без кинетина. Кроме того, в культурах тканей, нуждающихся в цитокининах, иногда возникают «мутантные» штаммы, которые приобретают способность обходиться без них во время размножения клеток.

Такой штамм возник и у нас из исходной культуры ткани табака, любезно предоставленной Р. Г. Бутенко. Исходная ткань была получена из сердцевинной паренхимы стебля табака обычным методом с помощью ИУК и кинетина, а в последующих пассажах выращивалась на средах с НУК и кинетином. Штамм, возникший в наших условиях, имел другую консистенцию и окраску по сравнению с исходной тканью и не нуждался в кинетине для размножения клеток. Вероятно, как и в случае с опухолевыми тканями, эта автономность в отношении цитокининов связана с приобретением тканью способности к самостоятельному их синтезу.

Сердцевинная паренхима стебля табака и других растений, а также каллусные ткани, полученные из них, являются ярким примером роли взаимодействия фитогормонов в регуляции деления и растяжения клеток. Известно, что деление клеток в этих тканях осуществляется лишь при наличии в среде ИУК и кинетина. Если в среде присутствует только ИУК, то происходит растяжение клеток, а деления почти не наблюдаются. Можно предположить, что ИУК и кинетин активируют разные участки митотического цикла и возможно даже разные участки периода G1. Поэтому одного фитогормона недостаточно для замыкания митотического цикла.

Кинетин способен, по-видимому, оказывать влияние на деление не только растительных клеток, но и клеток животных, парамеций и тритона.

В отношении гиббереллина вначале сложилось мнение, что его стимулирующее действие на рост связано с увеличением длины клеток. Но в дальнейшем появилось большое число данных, показавших значительный эффект гиббереллина на размножение клеток.

В (большинстве работ стимулирующее действие гиббереллина на деление клеток отмечалось в верхушке стебля или, более локализованию, в субапикальнюй меристеме. Ню наблюдалось активирующее действие гиббереллина и на деление клеток камбия, ксилемной паренхимы, на деление клеток в культуре ткани.

В ряде работ показано, что гиббереллин лишь усиливает деление клеток, но не индуцирует его. Только при действии на субапикальную меристему розеточных растений и растений, обработанных ретардантами, действие гиббереллина может рассматриваться как индуцирующее. Приведенные данные позволяют предположить, что гиббереллин не является абсолютно необходимым фактором для осуществления деления клеток, а выступает скорее в роли агента, уменьшающего или снимающего тормозящее действие на деление других эндогенных или экзогенных факторов. Это подтверждается тем, что стимулирующее действие гиббереллина на деление клеток проявляется у тех растений, рост которых замедлен либо освещением, либо обработкой ретардантами.

В наших опытах с проростками низкорослого гороха сорта Алтайский мозговой было показано, что гиббереллин усиливает деление клеток в междоузлиях только зеленых, но не этиолированных проростков. При этом количество клеток в междоузлиях этиолированных проростков и в зеленых проростках, обработанных гиббереллином, было почти одинаковым, тогда как без гиббереллина на свету количество клеток в междоузлиях было значительно меньше, чем в темноте. Таким образом, подавление размножения клеток, вызванное светом, снималось гиббереллином.

Так как гиббереллин действует как фактор, стимулирующий деление клеток, а не как фактор, облигатно необходимый для этого, он не нашел широкого применения в культуре растительных тканей in vitro. Лишь в некоторых работах он включается в качестве одного из компонентов в состав питательных сред, большинство же исследователей выращивают изолированные ткани без гиббереллина.

Наиболее примечательная особенность действия гиббереллина на деление клеток целого растения состоит в том, что он не нарушает упорядоченности делений клеток в меристемах, не дезорганизует их, как наблюдается в случае применения ауксина и кинетина. Сакс и др. отмечают, что более 80% индуцированных гиббереллином митозов были ориентированы вдоль оси стебля. Поэтому стимулирующее действие гиббереллина на рост чаще всего выражается в вытягивании стебля, а не в его утолщении. В некоторых случаях гиббереллин даже повышал способность меристем противостоять дезорганизующему влиянию экзогенного ауксина. Возможно, это связано с усилением полярного транспорта ауксина в целом растении под влиянием гиббереллина.

Есть основания полагать, что в настоящее время известны не все гормональные факторы, управляющие в растении делением клеток. Так, накапливаются данные о том, что некоторые полиамины (путресцин, кадаверин, спермин) стимулируют деление клеток в культуре ткани топинамбура. Они найдены в кокосовом молоке. Считают даже, что путресцин и кадаверин можно отнести к физиологически активным веществам. Показано, что эти соединения стимулировали синтез ДНК в системе in vitro, если матрицей для синтеза служил нуклеогистон или хроматин из зародышей гороха, из печени и зобной железы крыс. Если же матрицей служила депротеинизированная ДНК, то эти диамины угнетали синтез ДНК. Таким образом, активность этих веществ показана не только на живых клетках, но и на реконструированных биохимических системах.

К неизвестным в настоящее время факторам деления клеток можно отнести и так называемый «фактор кондиционирования». Известно, что изолированные из культуры тканей одиночные клетки высших растений и животных при помещении их в свежую среду не делятся. Однако деление этих клеток можно вызвать, если поместить выделенную одиночную клетку рядом с активно пролиферирующей массой ткани, которая может служить тканью — «кормилицей», или поместить ее в так называемую «кондиционированную» среду, т. е. в среду, в которой уже происходил рост ткани. Было показано, что «фактор кондиционирования» необходим не только для клеток нормальных, но и опухолевых тканей, что он не является видоспецифичным. Наследование природы этого фактора показало, что и у растительных, и у животных тканей он является недиализуемым, высокомолекулярным веществом.

Вероятно, этот фактор образуется и одиночными клетками, но при большом объеме свежей среды он разбавляется до концентрации, недостаточной для деления клеток. Об этом свидетельствуют опыты Лескура, в которых попользовалась суспензия клеток явора (Acer pseudoplatanus). При концентрации суспензии после пересева на свежую среду 1800 клеток на 1 мл размножение клеток начиналось сразу же, при концентрации 1200 клеток на 1 мл — после некоторого лаг-периода, а при концентрации 600 клеток на 1 мл размножение клеток вообще не наступало. Однако, если добавлялась кондиционированная среда, то размножение клеток начиналось без лаг-периода даже при концентрации 600 клеток на 1 мл.

Рассмотрение факторов, управляющих размножением растительных клеток, показывает, что все известные и неидентифицированные в настоящее время вещества оказываются либо совершенно необходимыми для осуществления митотического цикла клеток, либо существенно изменяют скорость их размножения. Поэтому растение имеет широкий спектр возможностей для регулирования скорости размножения клеток в разных участках своего тела во время морфогенеза.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

www.activestudy.info

Как размножается клетка. Рост и размножение клеток

Наверное, нет ни одного более часто изучаемого в рамках школьной программы по биологии понятия, чем клетка. С ней знакомятся в 5 классе на природоведении, затем в 6 рассматривают разновидности и как размножается клетка, ее способы деления. В 7 и 8 классах она изучается с точки зрения растительной, животной и человеческой принадлежности. 9 класс подразумевает рассмотрение внутренних процессов, происходящих в ней, то есть молекулярное строение. В 10 и 11 это клеточная теория, открытие и эволюция.

Программа строится так потому, что именно эти маленькие структуры, "кирпичики жизни", являются самыми важными элементами любого организма. Все жизненные функции, процессы, рост и развитие, становление - все, что связано с жизнью, осуществляется ими и в них. Поэтому в данной статье мы рассмотрим основные моменты размножения, развития клеток и историю их открытия.

Открытие клетки

Эти структурные частицы чрезвычайно малы по размерам. Поэтому для их открытия понадобилось много времени и создание определенной техники. Так, впервые клеточную структуру живой растительной ткани увидел Роберт Гук. Это было в 1665 году. Для того чтобы их рассмотреть, он изобрел первый в мире микроскоп. Данное устройство мало напоминало современные увеличительные приборы. Скорее, было похоже на несколько скомпонованных между собой луп, дающих увеличение.

Используя данный прибор, ученый рассматривал срез пробкового дерева. То, что он увидел, положило начало развитию ряда смежных наук и биологии в целом. Множество плотно прилегающих друг к другу ячеек примерно одинаковой формы и размера. Гук назвал их cella, что означает "клетка".

Впоследствии был сделан ряд открытий, которые позволили знаниям разрастись, накопиться и вылиться в несколько наук, занимающихся их изучением.

1. 1675 г. - ученый Мальпиги изучал разнообразие клеток по форме и пришел к выводу, что это чаще всего округлые или овальные пузырьки, заполненные жизненным соком.
2. 1682 г. - Н. Грю подтвердил выводы Мальпиги, а также занимался изучением строения оболочки клетки.
3. 1674 г. - Антонио ван Левенгук открывает клетки бактерий, а также кровяные структуры и сперматозоиды.
4. 1802-1809 гг. - Ш. Бриссо-Мирбе и Ж. Б. Ламарк предполагают существование тканей и схожесть животных и растительных клеток.
5. 1825 г. - Пуркинье открывает ядро в половой клетке птиц.
6. 1831-1833 гг. - Роберт Броун открывает наличие ядра в растительных клетках и вводит понятие о значимости внутреннего состава, а не клеточной оболочки, как считалось ранее.
7. 1839 г. - Теодор Шванн делает выводы о том, что все живые организмы состоят из клеток, а также о схожести последних между собой (будущая клеточная теория).
8. 1874-1875 гг. - Чистяков и Страсбургер открывают способы размножения клеток - митоз, мейоз.

Все дальнейшие открытия в области строения клеток, их функций, многообразия и роли в жизни организмов были совершены достаточно быстро благодаря интенсивному развитию специальной увеличительной и осветительной техники.

Размножение клеток

Каждая клетка в течение жизни совершает целый клеточный цикл - это время ее жизни с момента появления на свет и до смерти (или деления). Причем, совершенно неважно, животная она или растительная. Жизненный цикл одинаков для всех из них, и чаще всего, в конце его клетки размножаются делением.

Конечно, не для всех организмов этот процесс идентичен. Для эукариотов и прокариотов он принципиально различается, также имеются некие отличия и в размножении растительных и животных клеток.

Как размножается клетка? Для этого существует несколько основных способов.

1. Митоз.
2. Мейоз.
3. Амитоз.

Каждый из них представляет собой целый ряд процессов, фаз. Причем все эти процессы характерны именно для многоклеточных организмов, как растительного, так и животного происхождения. У одноклеточных размножение происходит путем простого деления надвое. То есть способы размножения клеток не одинаковы. Существует даже такое явление, как клеточный суицид. Это самоуничтожение клеток вместо процессов деления.

Как размножается клетка, например, бактерий, сине-зеленых водорослей, некоторых простейших? Бесполым путем, самым простым способом: содержимое их клетки удваивается, в клеточной стенке формируется поперечная или продольная перетяжка и одна клетка делится на два совершенно новых, идентичных материнскому, организма.

Данный процесс называется прямым делением клетки. Размножаются им одноклеточные и бактерии, но он не имеет отношения ни к митотическим, ни к мейотическим процессам. Они происходят только в организме многоклеточных живых организмов.

Митоз

В многоклеточных существах содержится миллиарды клеток. И каждая из них стремится завершить свой жизненный цикл, именно оставив потомство, а не умерев. Клетки размножаются делением, однако данный процесс не у всех из них одинаков.

Соматические структуры (к таким относятся все клетки организма, кроме половых) своим способом для размножения выбирают митоз или амитоз. Это очень интересный, емкий и сложный процесс, в результате которого из одной материнской диплоидной клетки (то есть с двойным набором хромосом) образуются две идентичные ей дочерние с таким же диплоидным составом.

Весь процесс включает в себя два основных момента:

1. Кариокинез - деление ядра и всего его содержимого.
2. Цитокинез - деление протоплазмы (цитоплазмы и всех клеточных органоидов).

Протекают эти процессы одномоментно, приводя к формированию полноценных материнских копий уменьшенного размера.

Митоз состоит из четырех фаз (профаза, метафаза, анафаза, телофаза) и состояния, предшествующего делению - интерфазы. Рассмотрим каждую подробно.

Интерфаза

Рост и размножение клеток осуществляется в течение всей жизни организма. Однако не все клетки имеют одинаковый срок существования. Какие-то из них погибают через два-три дня (форменные элементы крови), какие-то остаются функционировать всю жизнь (нервные).

Но в жизни каждой клетки большую часть времени сохраняется такое состояние, которое называется интерфазой. Это период подготовки к делению зрелой сформировавшейся клетки, который занимает до 90% времени всего процесса.

Биологический смысл данной стадии в накоплении питательных веществ, РНК и белков, синтезе молекул ДНК. Ведь после деления в каждую дочернюю клетку должно попасть ровно такое количество органоидов, веществ и генетического материала, сколько было в материнской. Для этого должно произойти удвоение всех имеющихся структур, в том числе и нитей ДНК.

В целом, интерфаза происходит в три этапа:

• пресинтетический;
• синтетический;
• постсинтетический.

Результат: накопление питательных элементов, энергии и ДНК молекул для дальнейших процессов деления. Таким образом, данная стадия - это лишь начало того, как размножается клетка в дальнейшем.

Профаза

На данном этапе происходят следующие основные процессы:

• растворяется ядерная оболочка;
• исчезают (растворяются) ядрышки;
• хромосомы становятся видимы в микроскоп за счет скручивания (спирализации) структуры;
• центриоли расходятся к полюсам клетки, вытягивая и формируя веретено деления.

На этой стадии размножение животных клеток ничем не отличается от такового у всех других.

Метафаза

Данная фаза достаточно короткая, всего около 10 минут. Основа ее в том, что хроматиды выстраиваются по экватору клетки. Ниточки веретена деления одним концом цепляются за центриоль у полюса клетки, а другим за центромеру каждой хроматиды. Между собой генетические структуры уже почти не связаны и поэтому легко готовы к рассоединению.

Анафаза

Самая короткая стадия всего митотического цикла. Длительность составляет около 3 минут. В этот период каждая хроматида уходит к своему полюсу клетки и достраивает себе недостающую половинку, превращаясь в нормального строения хромосому.

Однако для этого образования требуется специальный фермент - теломераза. Именно его накопление шло в интерфазе.

Телофаза

У каждого клеточного полюса появляется свой генетический полноценный материал, который одевается в ядерную оболочку, формируя ядро. Появляются ядрышки. Весь процесс занимает примерно 30 минут. То есть довольно продолжительное время. Это происходит потому, что формирование ядрышек и ядерной оболочки требует больших энергетических затрат, а также наличия строительного материала - питательных веществ (белков, углеводов, ферментов, жиров, аминокислот).

Цитокинез

Данный процесс завершает весь митотический цикл. Протоплазма делится вместе с органоидами строго пополам, и каждая дочерняя особь получает ровно столько же, сколько ее сестра. Затем поперек клетки формируется белковая перетяжка (актиновой природы), которая сдавливает структуру поперек и делит ее на две равные, но меньшие по размерам, по сравнению с материнской, клетки.

На этой стадии есть некоторые отличия животной клетки от того, как размножается клетка растения. Дело в том, что в растительных структурах белка меньше, а актина вообще нет. Поэтому посередине формируется не перетяжка, а перегородка, по обе стороны которой откладывается целлюлоза. Это придает растительной клетке жесткость, формирует каркас в виде клеточной стенки.

Рост и размножение клеток далее идет по пути обычного жизненного цикла: специализация, формирование тканей, затем органов, активная работа и деление, либо смерть.

Половые клетки и их размножение

На вопрос о том, как размножается клетка, ответ может быть дан при уточнении, какая именно. Ведь рассмотренные нами процессы митоза характерны только для соматических структур. Тогда как половые клетки размножаются несколько иным образом, а точнее, мейозом.

Данный процесс является основой таких жизненных функций у животных, как гаметогенез, то есть половое размножение. Развитие половых клеток происходит многостадийно. Поэтому мейоз - еще более сложное и емкое деление, нежели митоз.

Для растительных клеток мейоз - основа спорогенеза, то есть образования половых клеток. Основная биологическая роль мейоза для всех организмов заключается в том, что в результате него образуются четыре гаплоидные (с половинчатым или одинарным набором хромосом) половые клетки. Зачем? Для того, чтобы при оплодотворении (слиянии мужской и женской половых клеток) происходило восстановление диплоидности в новой зиготе (будущем зародыше). Это дает генетическое разнообразие организмам, приводит к комбинации генов, появлению и закреплению новых признаков.

Структура процесса мейоза

Выделяют два основных деления в мейозе: редукционное и эквационное. Каждое из них включает в себя все те же фазы, что и митоз: профаза, метафаза, анафаза и телофаза. Рассмотрим немного подробнее каждое из них.

Редукционное деление

Суть: из одной диплоидной клетки образуются две гаплоидные, с половинчатым набором хромосом. Фазы:

• профаза I;
• метафаза I;
• анафаза I;
• телофаза I.

На каждой из фаз повторяются все те же самые преобразования, что и на соответствующих стадиях в митозе. Однако одно отличие все же есть: в интерфазе не происходит удвоение ДНК, она лишь делится пополам, и все. Поэтому в каждую дочернюю клетку попадает лишь половина генетической информации. Это начальное размножение животных клеток, а также растительных, относящихся к половым.

Эквационное деление

Второе деление мейоза, в результате которого образуется еще по две клетки от каждой предыдущей. Теперь уже имеется четыре одинаковых гаплоидных аналога, которые и становятся половыми клетками животных или растений. Стадии эквационного деления: профаза II, метафаза II, анафаза II, телофаза II.

Таким образом, вопрос о том, как размножается клетка, имеет достаточно сложный и емкий ответ. Ведь эти процессы, как и все другие, происходящие в живых существах, очень тонкие и состоят из множества стадий.

загрузка...

meetmarket.ru

Размножение клеток

Размножение или пролиферация (от лат. proles — потомство, ferre — нести) клеток — это процесс, который приводит к росту и обновлению клеток. Данный процесс характерен как для одноклеточных, так и многоклеточных организмов.[ ...]

Клетки-организмы (одноклеточные организмы) размножаются простым делением надвое (бактерии, саркодовые), множественным делением (споровики и др.) или другим путем. Поэтому у бактерий и одноклеточных животных удвоение клеток представляет собой размножение их как самостоятельных организмов, поскольку из исходной формы (организма) образуется две новые клетки, каждая из которых является организмом. Каждая дочерняя клетка (организм) получает полную генетическую информацию, несомую исходной клеткой-организмом.[ ...]

Соматические клетки многоклеточных организмов размножаются путем сложного деления, которое получило название митотического деления и которое в общем виде представляет собой механизм, посредством которого одиночные клетки репродуцируют себя. Образовавшиеся в результате деления дочерние клетки подобны исходной (материнской) клетке, отличаясь от последней лишь меньшими размерами. Однако вслед за делением дочерние клетки мгновенно начинают расти и быстро достигают размеров материнской клетки.[ ...]

Биологический смысл митотического деления состоит в том, что оно является ключевым событием в точной репликации всех хромосом еще до того, как произойдет деление ядра и клетки. В результате митоза дочерние клетки после деления получают хромосомы в точно таком же количестве, какое имела их родительская (материнская) клетка. Следовательно, митотическое деление есть особый способ упорядоченного деления клеток, при котором каждая из двух дочерних клеток получает хромосомы в точно таком же количестве и точно такого же строения, что и хромосомы, которые имела материнская клетка. При каждом митозе образуется копия каждой хромосомы и действует точный механизм их распределения между дочерними клетками.[ ...]

В митотическом делении клетки различают две стороны — разделение исходного ядра на два дочерних ядра (равное деление хромосом), называемое кариокинезом (от греч. сагуоп — ядро, kinesis — движение) и представляющее собой, по существу, хромосомный цикл, и следующее затем разделение цитоплазмы с образованием двух дочерних клеток, называемое цитокинезом (от греч. cytos — клетка, kinesis — движение) и представляющее собой цитоплазматический цикл. Каждая из дочерних клеток содержит одно дочернее ядро.[ ...]

Кариокинез и цитокинез протекают синхронно, причем в кариокинезе имеет место чередование синтеза ДНК с митозом, тогда как цитокинез чередуется с ростом клеток (удвоением в числе клеточных компонентов).[ ...]

Существенной особенностью митотического деления является то, что оно в значительной мере сходно у всех организмов. Совокупность процессов, происходящих в клетке от одного деления до другого, получило название митотического цикла.[ ...]

Митотический цикл состоит из двух стадий — стадии покоя или интерфазы и стадии деления или митоза (от греч. mitos — нить), обозначаемого символом м. Термины «митоз» и «кариокинез» — синонимы. Интерфаза доступна для оценки качественно и количественно, точно так же Доступен для измерения и митоз. В частности, для измерения интенсивности количества митозов используют так называемый митотический индекс, под которым понимают число митозов на 1000 клеток. Данные о митотическом индексе имеют важное практическое значение, особенно в медицинской практике (в оценке интенсивности регенерации органов, действия лекарственных веществ и т. д.).[ ...]

Интерфаза предшествует митозу, и функциональное содержание ее заключается в том, что в ней происходит синтез ДНК (рис. 58), причем ее длительность составляет не менее 90% в течение всего клеточного цикла. Различают три последовательных периода интерфазы, а именно: пресинтетический, синтетический и постсинтетический.[ ...]

Пресинтетический период (G1), который часто называют еще первым интервалом (от англ. gap — интервал), является начальным периодом интерфазы. В этот период ДНК еще не синтезируется, однако происходит накопление РНК и белков, в том числе и белков, необходимых для синтеза ДНК. Увеличивается количество митохондрий. Обычно этот период длится 12-24 часа.[ ...]

ru-ecology.info

Деление клетки Размножение. Размножение клеток

Деление клетки

Размножение. Размножение клеток. Размножение - размножение важнейшее свойство живых организмов. Размножение на уровне молекул - репликация ДНК, размножение на уровне органоидов - деление митохондрий, хлоропластов, размножение на уровне клеток - деление клеток. Размножение лежит в основе передачи наследственной информации, размножения, роста, развития, регенерация.

Носителями наследственной информации являются хромосомы. Хромосомный набор, характерный для вида, - кариотип; хромосомный набор, полученный от родителей, - генотип; хромосомный набор гаметы - геном. Диплоидный набор хромосом - двойной, гаплоидный набор - одинарный. Соматические клетки - это клетки с двойным набором хромосом (все клетки организма, кроме половых). Половые клетки (гаметы) - это клетки с одинарным набором хромосом.

Способы деления клеток: амитоз - прямое деление; митоз - непрямое деление; мейоз - деление, характерное для созревания половых клеток.

^ Амитоз, или прямое деление, - способ деление ядра соматических клеток пополам путем перетяжки без образования хромосом. Если при амитозе не происходит деления цитоплазмы, то происходит возникновение дву- и многоядерных клеток. Данный способ деления характерен для некоторых простейших, специализированных клеток и для патологически измененных клеток. Распределение ядерного материала оказывается случайным и неравномерным. Возникшие дочерние клетки наследственно неполноценны.

Митоз

Период существования клетки от момента ее образования путем деления материнской клетки (включая само деление) до собственного деления или смерти называют жизненным (клеточным) циклом.

Продолжительность жизненного цикла у различных клеток многоклеточного организма различны. Так, клетки нервной ткани после завершения эмбрионального периода перестают делиться и функционируют на протяжении всей жизни организма, а затем погибают. Клетки же зародыша на стадии дробления, завершив одно деление, сразу приступают к следующему, минуя все остальные фазы.

Митоз - непрямое деление соматических клеток, в результате которого сначала происходит удвоение, а затем равномерное распределение наследственного материала между дочерними клетками.

^ Биологическое значение митоза: в результате митоза образуются две клетки, каждая из которых содержит столько же хромосом, сколько их было в материнской. Дочерние клетки генетически идентичны родительской. Число клеток в организме увеличивается, что представляет собой один из главных механизмов роста. Многие виды растений и животных размножаются бесполым путем при помощи одного лишь митотического деления клеток, таким образом, митоз лежит в основе размножения. Митоз обеспечивает регенерацию утраченных частей и замещение клеток, происходящее в той или иной степени у всех многоклеточных организмов.

^ Митотический цикл состоит из интерфазы и митоза. Длительность митотического цикла у разных организмов различно. Непосредственно на деление клетки уходит обычно1 - 3 часа, то есть основную часть жизни клетка находится в интерфазе.

Интерфазой называют промежуток между двумя клеточными делениями. Продолжительность интерфазы, как правило, составляет до 90% всего клеточного цикла. Состоит из трех периодов:

постсинтетический, или G2.

Начальный отрезок интерфазы - пресинтетический период (2n2c, где n - количество хромосом, c

- количество ДНК), период роста, начинающийся непосредственно после митоза. Синтетический период по продолжительности очень различен: от нескольких минут у бактерий до 6 - 12 часов в клетках млекопитающих. Во время синтетического периода происходит самое главное событие интерфазы - удвоение молекул ДНК. Каждая хромосома становится двухроматидной, а число хромосом не изменяется (2n4c).

Постсинтетический период. Обеспечивает подготовку клетки к делению, а также характеризуется интенсивными процессами синтеза белков, входящих в состав хромосом; синтезируются ферменты и энергетические вещества, необходимые для обеспечения процесса деления клетки.

^ Митоз состоит из четырех фаз: профазы, метафазы, анафазы, телофазы.

Профаза (2n4c). В результате спирализации хромосомы уплотняются, укорачиваются. В поздней профазе хорошо видно, что каждая хромосома состоит из двух хроматид, соединенных центромерой. Хромосомы начинают передвигаться к клеточному экватору. Формируется веретено деления, ядерная оболочка исчезает, а хромосомы свободно располагаются в цитоплазме. Ядрышко обычно исчезает чуть раньше.

Метафаза (2n4c). Хромосомы выстраиваются в плоскости экватора, образуя так называемую метафазную пластинку. Центромеры хромосом лежат строго в плоскости экватора. Нити веретена прикрепляются к центромерам хромосом.

Анафаза (4n4c). Начинается с деления центромер всех хромосом, в результате чего хроматиды превращаются в две совершенно обособленные, самостоятельные дочерние хромосомы. Затем дочерние хромосомы начинают расходиться к полюсам клетки.

Телофаза (2n2c). Хромосомы концентрируются на полюсах клетки и деспирализуются. Веретено деления разрушается. Вокруг хромосом формируется оболочка ядер дочерних клеток, затем происходит деление цитоплазмы клетки (или цитокенез).

При делении животных клеток на их поверхности в плоскости экватора появляется борозда, которая, постепенно углубляясь, разделяет материнскую клетку на две дочерние. У растений деление происходит путем образования так называемой клеточной пластинки, разделяющей цитоплазму. Она возникает в экваториальной области веретена, а затем растет во все стороны, достигая клеточной стенки.

Митоз

Хромосомы деспирализованы. В начале интерфазы хромосомы однохроматидные, после редупликации ДНК становятся двухроматидными, число хромосом - 2n.

Деление и расхождение центриолей к полюсам клетки, образование нитей ахроматинового веретена; исчезновение ядрышка, растворение ядерной оболочки.

Дочерние хромосомы однохроматидные. Происходит деспирализация хромосом (раскручивание), хромосомы становятся неразличимыми (невидимыми).

Мейоз

Мейоз - основной этап образования половых клеток. Во время мейоза происходит не одно, как при митозе, а два следующих друг за другом клеточных деления. Первому мейотическому делению предшествует интерфаза 1 - фаза подготовки клетки к делению, в это время происходят те же процессы, что и в интерфазе.

Первое мейотическое деление называют редукционным, так как именно во время этого деления происходит уменьшение числа хромосом, образуются две клетки с гаплоидным набором хромосом, однако хромосомы остаются двухроматидными. Сразу же после первого деления мейоза совершается второе - по типу обычного митоза. Это деление называют эквационным, так как во время этого деления хромосомы становятся однохроматидными.

Биологическое значение мейоза: благодаря мейозу происходит редукция числа хромосом. Из одной диплоидной клетки образуется 4 гаплоидных. Благодаря мейозу образуются генетически различные гаметы, так как в процессе мейоза трижды происходит перекомбинация генетического материала: за счет кроссинговера; случайного и независимого расхождения хромосом, а затем и хроматид. Благодаря мейозу поддерживается постоянство диплоидного набора хромосом в соматических клетках.

Первое и второе деление мейоза складывается из тех же фаз, что и митоз, но сущность изменений в наследственном аппарате другая.

^ Первое деление мейоза.

Профаза 1 (2n4c). Самая продолжительная и сложная фаза мейоза. Состоит из ряда последовательных стадий. Гомологичные хромосомы начинают притягиваться друг к другу сходными участками и коньюгируют. Коньюгацией называют процесс тесного сближения гомологичных хромосом. Пару коньюгирующих хромосом называют бивалентом (от лат. «bi» - двойной) или тетрадой (от греч. «tetrados» - четверка), так как каждый бивалент состоит из четырех хроматид. В дальнейшем между хромосомами, составляющими бивалент, происходит кроссинговер - обмен одинаковыми (гомологичными), то есть содержащими одни и те же гены участками. Кроссинговер приводит к первой во время мейоза рекомбинации генов. В конце профазы 1 исчезают ядерная оболочка и ядрышко. Биваленты перемещаются к экватору клетки. Центриоли перемещаются к полюсам клетки, и формируется веретено деления.

Метафаза 2 (2n4c). Заканчивается формирование веретена деления. Спирализация хромосом максимальна. Биваленты располагаются в плоскости экватора. Причем центромеры гомологичных хромосом обращены к разным полюсам клетки. Расположение бивалентов в экваториальной плоскости равновероятное и случайное, то есть каждая из отцовских и материнских хромосом может быть повернута в сторону того или другого полюса. Это создает предпосылки для второй за время мейоза рекомбинации генов. Нити веретена прикрепляются к центромерам хромосом.

Анафаза 1 (1n2c). К полюсам расходятся целые хромосомы, а не хроматиды, как при митозе. Число хромосом уменьшается в два раза, хромосомный набор становится гаплоидным. Каждая хромосома состоит из двух хроматид, то есть по прежнему содержит удвоенное количество ДНК.

Телофаза 1 (1n2c). На непродолжительное время образуется ядерная оболочка. Затем происходит деление цитоплазмы (у животных) или образуется разделяющая клеточная стенка (у растений).

^ Второе деление мейоза.

Интерфаза 2 (1n2c). Характерна только для животных клеток. Репликация ДНК не происходит.

Вторая стадия мейоза включает также профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Она протекает так же, как митоз.

Профаза 2 (1n2c). Хромосомы спирализуются, ядерная мембрана и ядрышки разрушаются, центриоли перемещаются к полюсам клетки, формируется веретено деления.

Метафаза 2 (1n2c). Хромосомы выстраиваются по экватору клетки, образуется метафазная пластинка и веретено деления, нити веретена прикрепляются к центромерам.

Анафаза 2 (2n2c). Центромеры хромосом делятся, хроматиды становятся самостоятельными хромосомами, и нити веретена деления растягивают их к полюсам клетки.

1) Имеют одинаковые фазы деления.

2) Перед митозом и мейозом в синтетический период интерфазы происходит репликация (ДНК), образование двухроматидных хромосом (число хромосом 2n, молекул ДНК - 4с).

1. Два следующих друг за другом деления, первое из которых является редукционным, т.е. приводит к уменьшению (редукции) числа хромосом.

2. Гомологичные хромосомы коньюгируют, т.е. тесно сближаются. Между гомологичными хромосомами может происходить кроссинговер (обмен участками хромосом).

4. В анафазе мейоза 1 деления к полюсам расходятся целые хромосомы. Набор хромосом в дочерних клетках - 1n, число молекул ДНК - 2с (хромосомы двухроматидные). В анафазе 2 деления к полюсам клетки расходятся хроматиды каждой хромосомы (как при митозе). Набор хромосом в дочерних клетках - 1n, число молекул ДНК - 1с (хромосомы однохроматидные). Между 1-м и 2-м делением в интерфазе нет удвоения молекул ДНК.

Определите тип и фазу деления клетки, изображенной на рисунке. Какие процессы

происходят в этой фазе?

biologrefs.ru

Гаплоидная клетка: характеристика, деление, размножение

Гаплоидная клетка — это та, в ядре которой содержится одинарный набор хромосом. Это, в основном, гаметы - то есть клетки, предназначенные для размножения. Также гаплоидным набором хромосом обладают большинство прокариотических организмов. Соматические клетки эукариотов (все, кроме половых) — диплоидные, у растений могут быть полиплоидными.

Строение прокариотической клетки

Прокариоты являются организмами, состоящими из одной клетки, в которой нету ядра. К таким относятся только бактерии. Большинство из них имеют одинарный набор хромосом.

Структура их клетки отличается от эукариотической тем, что в ней отсутствуют некоторые органоиды. К примеру, в них нет митохондрий, лизосом, комплекса Гольджи, вакуолей, эндоплазматической сети. Однако, как и эукариотическая, гаплоидная клетка прокариотов обладает плазматической мембраной, состоящей из белков и фосфолипидов; рибосомами, которые участвуют в выработке белков; клеточной стенкой, которая в большинстве случаев построена из муреина. Также в строении такой клетки может присутствовать капсула, в состав которой входят такие вещества, как белки и глюкоза. Их хромосомы свободно плавают в цитоплазме, не защищены ядром или какой-либо другой структурой. Чаще всего наследственный материал бактерий представлен лишь одной хромосомой, на которой записана информация о белках, которые должны продуцироваться клеткой. Способ размножения таких организмов — простое деление гаплоидных клеток. Это позволяет им в кратчайшие сроки заметно увеличить свою численность.

Клетки эукариотов, обладающие одинарным набором хромосом

У такого рода организмов гаплоидные ядра содержат клетки под названием гаметы. Они могут весьма отличаться от соматических. Размножение гаплоидными клетками является половым, и новый организм может начать развиваться только при слиянии двух гамет, синтезированных разными особями одного и того же вида.

Образованная при слиянии двух гаплоидных клетка называется зиготой, она уже обладает двойным набором хромосом. Несмотря на то что половые клетки отличаются от соматических диплоидных, они все же могут иметь некоторые органоиды, присущие эукариотам.

Гаметы животных

Половые клетки организмов, принадлежащих к этому царству, называются сперматозоидами и яйцеклетками. Первые вырабатываются в организме самца, вторые — самки. Яйцеклетки продуцируются в яичниках, а сперматозоиды — в яичках. И те и другие — специализированные гаплоидные клетки, которые имеют различные функции.

Строение яйцеклеток

Женские половые клетки обладают намного большими размерами, нежели мужские. Они являются неподвижными. Основная их задача — обеспечить зиготу на первое время питательными веществами, необходимыми для деления. Яйцеклетка состоит из цитоплазмы, мембраны, студенистой оболочки, полярного тельца и ядра, в котором находятся хромосомы, несущие наследственную информацию. Также в ее строении присутствуют кортикальные гранулы, в которых содержатся ферменты, предотвращающие попадание в клетку других сперматозоидов после ее оплодотворения, иначе могла бы образоваться полиплоидная зигота (с тройным и более набором хромосом), что повлекло бы за собой разного рода мутации.

Яйцо птиц также можно считать яйцеклеткой, однако в ней содержится намного больше питательных веществ, чтобы их хватило для полного развития эмбриона. Женская половая клетка млекопитающих не содержит столько органических химических соединений, так как на более поздних этапах развития эмбриона через плаценту он получает все необходимое из материнского организма.

В случае же с птицами этого не происходит, поэтому весь запас питательных веществ должен изначально присутствовать в яйцеклетке. Яйцо имеет и более сложную структуру. Поверх желточного мешка и белковой оболочки оно покрыто скорлупой, которая играет защитную функцию, также в структуре присутствует воздушная камера, которая необходима для обеспечения зародыша кислородом.

Строение сперматозоидов

Это также гаплоидная клетка, предназначенная для размножения. Главной ее функцией является сохранение и передача отцовского наследственного материала. Эта гаплоидная клетка подвижна, обладает намного меньшими размерами, чем яйцеклетка, за счет того, что не содержит питательных веществ.

Сперматозоид состоит из нескольких основных частей: хвоста, головки и промежуточного отдела между ними. Хвост (жгутик) состоит из микротрубочек — структур, построенных из белков. Благодаря ему сперматозоид может передвигаться к своей цели — яйцеклетке, которую он должен оплодотворить.

Промежуточный отдел между головкой и хвостом содержит митохондрии, которые располагаются по спирали вокруг средней части жгутика, и пару центриолей, лежащих перпендикулярно друг другу.

Первые — это органеллы, которые вырабатывают энергию, которая нужна для передвижения гаметы. В головке сперматозоида находится ядро, которое обладает гаплоидным набором хромосом (23 у человека). На внешней стороне этой части мужской половой клетки находится аутосома. По сути, это слегка видоизмененная, увеличенная лизосома. В ней находятся ферменты, которые необходимы для того, чтобы сперматозоид мог растворить часть внешних оболочек яйцеклетки и оплодотворить ее. После того как мужская половая клетка сливается с женской, образуется зигота, которая обладает диплоидным набором хромосом (46 у человека). Она уже способна делиться, из нее и образуется зародыш.

Гаплоидные клетки растений

У организмов этого "царства" вырабатываются похожие половые клетки. Женские тоже называются яйцеклетками, а мужские — спермиями. Первые находятся в пестике, а вторые — на тычинках, в пыльце. При попадании ее на пестик происходит оплодотворение, и затем образуется плод с семенами внутри.

У низших растений (споровых) — мхов, папоротников — наблюдается чередование поколений. Одно из них размножается бесполым способом (спорами), а другое — половым. Первое называется спорофитом, а второе — гаметофитом. У папоротников спорофит представлен растением с большими листками, а гаметофит — небольшой зеленой структурой в форме сердца, на ней и образуются половые клетки.

fb.ru

• 
  Беседы о лекарственных растениях
• 
  Растения для северных окон
• 
  Как размножается клетка растения
• 
  Потребность растений в воде
• 
  Растение на белом фоне
• 
  Вьющиеся растения однолетние растения
• 
  Необычные семена необычных растений
• 
  Березка уход за растением
• 
  Примеры симбиоза у растений
• 
  Растения для солнечной стороны
• 
  Типы почек у растений