Читать книгу Биология. Общие закономерности. 9 класс - Н. И. Сонин - Страница 14

Вспомните!

• Poсm u развитие • Генетическая информация • Биосинтез

• Хроматиды • Веретено деления • Центриоли

Жизненный цикл клетки. Митотический цикл клетки. В многоклеточном организме клетки специализированы, т. е. имеют строго определённые строение и функции. В соответствии со специализацией клетки обладают разной продолжительностью жизни. Например, нервные и мышечные клетки после завершения эмбрионального периода развития перестают делиться и функционируют на протяжении всей жизни организма. Другие – клетки костного мозга, эпидермиса, эпителия тонкого кишечника – в процессе осуществления своей специфической функции быстро погибают, и поэтому в этих тканях клетки непрерывно размножаются.

Промежуток времени от момента возникновения клетки в результате деления до её гибели или до следующего деления представляет собой жизненный цикл клетки. В это время клетка растёт, специализируется и выполняет свои функции в составе ткани и органов. В тех тканях, где клетки непрерывно делятся (костный мозг, эпителий кишки и др.), у части из них жизненный цикл совпадает с митотическим циклом.

Митотическим циклом называют совокупность последовательных и взаимосвязанных процессов в период подготовки клетки к делению, а также на протяжении самого митоза (рис. 17).

Синтез ДНК. Из рисунка 17 видно, что после завершения митоза клетка может вступить в период подготовки к синтезу ДНК (G₁). В это время в клетке усиленно образуются РНК и белки, повышается активность ферментов, участвующих в биосинтезе. Затем клетка приступает к синтезу ДНК или её редупликации – удвоению. Две спирали старой молекулы ДНК расходятся, и каждая становится матрицей для воспроизводства новой цепи ДНК (рис. 18). В результате каждая из двух дочерних молекул ДНК включает одну старую спираль и одну новую. Удвоение молекул ДНК происходит с удивительной точностью: новая молекула абсолютно идентична старой. В этом заключается глубокий биологический смысл, потому что нарушение структуры ДНК, приводящее к искажению генетического кода, сделало бы невозможным сохранение и передачу по наследству генетической информации, обеспечивающей развитие присущих организму признаков.

Продолжительность синтеза ДНК – S-фазы митотического цикла – в разных клетках неодинакова: от нескольких минут у бактерий до 6–12 ч в клетках млекопитающих.

После завершения S-фазы клетка, как правило, не сразу начинает делиться (см. рис. 17). По окончании синтеза ДНК происходит подготовка клетки к митозу (G₂). Для осуществления митоза, кроме удвоения ДНК, необходимы и другие подготовительные процессы, в том числе удвоение центриолей, синтез белков, из которых строится веретено деления, завершение роста клетки.

Рис. 17. Митотический цикл клетки

Рис. 18. Схема редупликации ДНК: двойная спираль молекулы ДНК расплетается, и рядом со старой цепочкой нуклеотидов синтезируется новая; формируются новые двойные молекулы ДНК

Митоз состоит из четырёх фаз: профазы, метафазы, анафазы, телофазы (рис. 19, 20).

В профазе увеличивается объём ядра, хромосомы, спирализуясь, становятся видимыми, центриоли расходятся к полюсам клетки. В результате спирализации хромосом считывание генетической информации с ДНК становится невозможным, и синтез РНК прекращается. Между полюсами начинают образовываться нити веретена деления – аппарата, обеспечивающего расхождение хромосом к полюсам клетки. В конце профазы ядерная оболочка исчезает. На протяжении профазы продолжается спирализация хромосом, которые утолщаются и укорачиваются. После распада ядерной оболочки хромосомы свободно и беспорядочно лежат в цитоплазме.

В метафазе спирализация хромосом достигает максимума; укороченные хромосомы располагаются в экваториальной плоскости клетки. Сами хромосомы в этот период состоят из двух сестринских хроматид, соединённых только в области центромеры. Митотическое веретено уже полностью сформировано. Его нити присоединяются к центромерам хромосом.

Рис. 19. Схема митотического деления клетки

В анафазе центромера каждой из хромосом разделяется, и с этого момента хроматиды становятся самостоятельными дочерними хромосомами. Нити веретена, прикреплённые к центромерам, тянут хромосомы к полюсам клетки. Таким образом, в анафазе хроматиды удвоенных ещё в интерфазе хромосом становятся самостоятельными хромосомами и расходятся к полюсам клетки. В этот момент в клетке находятся два диплоидных набора хромосом. Завершается митоз телофазой. Хромосомы, собравшиеся у полюсов, деспирализуются и становятся плохо видимыми. Из мембранных структур эндоплазматической сети цитоплазмы образуется ядерная оболочка. В клетках животных цитоплазма делится путём перетяжки тела клетки на две меньших размеров, каждая из которых содержит один диплоидный набор хромосом. В клетках растений цитоплазматическая мембрана возникает в середине клетки и распространяется к периферии, разделяя клетку пополам. После образования поперечной цитоплазматической мембраны у растительных клеток появляется целлюлозная стенка.

Рис. 20. Митоз: А – в клетках кожи тритона; Б – в клетках корешка лука. Видны клетки, находящиеся в стадии: 1 – интерфазы; 2 – профазы; 3, 4 – метафазы; 5, 6 – ранней и поздней анафазы; 7 – телофазы

В митотическом цикле клетки митоз – относительно короткая стадия, продолжающаяся обычно от 0,5 до 3 ч. Все дочерние клетки, образовавшиеся в результате митоза, содержат одинаковый набор хромосом и одни и те же гены. Следовательно, митоз – это способ деления клеток, заключающийся в точном распределении генетического материала между дочерними клетками. В результате митоза обе дочерние клетки получают диплоидный набор хромосом.

Биологическое значение митоза огромно. Постоянство строения и правильность функционирования органов и тканей многоклеточного организма были бы невозможны без сохранения одинакового набора генетического материала в бесчисленных клеточных поколениях. Митоз обеспечивает такие важные моменты жизнедеятельности, как эмбриональное развитие, рост, восстановление органов и тканей после повреждения, поддержание структурной целостности тканей при постоянной утрате клеток в процессе их функционирования (замещение погибших эритроцитов, слущивающихся клеток кожи, эпителия кишечника и пр.).

Вопросы для повторения и задания

1. Что такое жизненный цикл клетки?

2. Чем митотический цикл клетки отличается от жизненного цикла?

3. Почему при подготовке к делению клетки обязательно должно произойти удвоение молекул ДНК?

4. В чём заключается подготовка клетки к митозу?

5. Составьте и заполните таблицу «Фазы митоза».

6. Объясните, почему в клетках растений и в клетках животных деление цитоплазмы происходит по-разному.

7. Вместе с товарищами по классу сделайте коллаж «Значение митоза в природе».

Работа с компьютером

Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал урока и выполните предложенные задания.

• Найдите в Интернете сайты, материалы которых могут служить дополнительным источником информации, раскрывающим содержание ключевых понятий параграфа.

• Подготовьтесь к следующему уроку. Используя дополнительные источники информации (книги, статьи, ресурсы сети Интернет и др.), сделайте сообщение по ключевым словам и словосочетаниям следующего параграфа.