Про живих організмах відомо, що вони дихають,харчуються, розмножуються і гинуть, в цьому полягає їх біологічна функція. Але за рахунок чого це все відбувається? За рахунок цеглинок - клітин, які теж дихають, харчуються, гинуть і розмножуються. Але як це відбувається?
Про будову клітин
Будинок складається з цегли, блоків або колод. Так і організм можна розділити на елементарні одиниці - клітини. Все розмаїття живих істот полягає саме з них, відмінність лежить лише в їх кількості і видах. З них складаються м'язи, кісткова тканина, шкіра, всі внутрішні органи - настільки сильно вони відрізняються в своєму призначенні. Але незалежно від того, які функції виконує та чи інша клітина, всі вони влаштовані приблизно однаково. Перш за все, у будь-якого "цеглинки" є оболонка і цитоплазма з розташованими в ній органоидами. Деякі клітини не мають ядра, їх називають прокариотическими, проте все більш-менш розвинені організми складаються з еукаріотичних, що мають ядро, в якому зберігається генетична інформація.
Органели, які працюють у цитоплазмі,різноманітні і цікаві, вони виконують важливі функції. У клітинах тваринного походження виділяють ендоплазматичну мережу, рибосоми, мітохондрії, комплекс Гольджі, центріолі, лізосоми і рухові елементи. За допомогою них і відбуваються всі процеси, які забезпечують функціонування організму.
життєдіяльність клітин
Як вже було сказано, все живе харчується, дихає,розмножується і вмирає. Це твердження справедливо як для цілісних організмів, тобто людей, тварин, рослин і т. Д., Так і для клітин. Це дивно, але кожен "цеглинка" володіє своїм власним життям. За рахунок своїх органоїдів він отримує і переробляє поживні речовини, кисень, виводить все зайве назовні. Сама цитоплазма і ендоплазматична мережа виконують транспортну функцію, мітохондрії відповідають в тому числі за дихання, а також забезпечення енергією. Комплекс Гольджі займається накопиченням і виведенням продуктів життєдіяльності клітини. Решта органели також беруть участь в складних процесах. І на певному етапі свого життєвого циклу клітина починає ділитися, тобто відбувається процес розмноження. Його варто розглянути більш докладно.
Процес поділу клітин
Розмноження - одна зі стадій розвитку живогоорганізму. Те саме можна сказати і до клітин. На певному етапі життєвого циклу вони входять в стан, коли стають готові до розмноження. Прокаріотичні клітини просто діляться надвоє, подовжуючи, а потім утворюючи перегородку. Цей процес простий і практично повністю вивчений на прикладі паличковидних бактерій.
З еукариотическими клітинами все трохискладніше. Вони розмножуються трьома різними способами, які називаються амитоз, мітоз і мейоз. Кожен з цих шляхів має свої особливості, він притаманний певному виду клітин. амитоз
Іноді пряме розподіл виділяють як різновидмітозу, однак деякі вчені вважають це окремим механізмом. Перебіг цього процесу навіть в старих клітинах відбувається досить рідко. Далі будуть розглянуті мейоз і його фази, процес мітозу, а також подібності та відмінності цих способів. У порівнянні з простим поділом вони більш складні і досконалі. Особливо це стосується редукційного поділу, так що характеристика фаз мейозу буде найбільш докладної.
Важливу роль в розподілі клітини мають центриоли -спеціальні органели, як правило, розташовані поруч з комплексом Гольджі. Кожна така структура складається з 27 микротрубочек, згрупованих за три. Вся конструкція має циліндричну форму. Центриоли безпосередньо беруть участь у формуванні веретена поділу клітини в процесі непрямого поділу, про який мова піде далі.
мітоз
Тривалість існування клітинрізниться. Деякі живуть пару днів, а якісь можна віднести до довгожителів, оскільки їх повна зміна відбувається дуже рідко. І практично всі ці клітини розмножуються за допомогою мітозу. У більшості з них між періодами поділу проходить в середньому 10-24 години. Сам мітоз займає невеликий період часу - у тварин приблизно 0,5-1
Значення цього виду розподілу велике - цей процесдопомагає рости і регенерувати тканин, за рахунок чого відбувається розвиток всього організму. Крім того, саме мітоз лежить в основі безстатевого розмноження. І ще одна функція - переміщення клітин і заміна вже віджили. Тому вважати, що через те, що стадії мейозу складніше, то і його роль набагато вище, неправильно. Обидва ці процесу виконують різні функції і по-своєму важливі і незамінні.
Мітоз складається з декількох фаз, що розрізняються посвоїми морфологічними особливостями. Стан, в якому клітина знаходиться, будучи готовою до непрямого поділу, називають інтерфазою, а безпосередньо процес поділяється ще на 5 стадій, які необхідно розглянути докладніше.
фази мітозу
Перебуваючи в інтерфазі, клітина готується до поділу: відбувається синтез ДНК і білків. Ця стадія поділяється на ще кілька, в ході яких відбувається зростання всієї структури і подвоєння хромосом. У цьому стані клітина перебуває до 90% всього життєвого циклу.
Решта 10% займає безпосередньо поділ,поділяють на 5 стадій. При мітозі клітин рослин також виділяється препрофаза, яка відсутня у всіх інших випадках. Відбувається утворення нових структур, ядро переміщується до центру. Формується препрофазная стрічка, розмічають передбачуване місце майбутнього ділення.
У всі ж інших клітинах процес мітозу проходить наступним чином:
Таблиця 1
| Найменування стадії | характеристика |
| профаза | Ядро збільшується в розмірах, хромосоми в ньомуспирализуются, стають видимими в мікроскоп. У цитоплазмі утворюється веретено поділу. Найчастіше відбувається розпад ядерця, однак це відбувається не завжди. Зміст генетичного матеріалу в клітині залишається незмінним. |
| Прометафаза | Відбувається розпад ядерної мембрани. Хромосоми починають активну, але безладний рух. В кінцевому рахунку, всі вони приходять в площину метафазної пластинки. Цей етап триває до 20 хвилин. |
| метафаза | Хромосоми вишиковуються уздовж екваторіальноїплощині веретена поділу приблизно на рівній відстані від обох полюсів. Чисельність микротрубочек, що утримують всю конструкцію в стабільному стані, досягає максимуму. Сестринські хроматиди відштовхуються одна від одної, зберігаючи з'єднання лише в центромере. |
| анафаза | Найбільш коротка стадія. Хроматиди поділяються і відштовхуються один від одного в напрямку найближчих полюсів. Цей процес іноді виділяють окремо і називають анафазу А. Надалі відбувається розбіжність самих полюсів ділення. У клітинах деяких найпростіших веретено поділу при цьому збільшується в довжину до 15 разів. І цей підетапів носить назву анафаза В. Тривалість і послідовність процесів на даній стадії вариабельна. |
| телофаза | Після закінчення розбіжності до протилежнихполюсів хроматиди зупиняються. Відбувається деконденсація хромосом, тобто їх збільшення в розмірах. Починається реконструкція ядерних оболонок майбутніх дочірніх клітин. Микротрубочки веретена поділу зникають. Формуються ядра, відновлюється синтез РНК. |
Після завершення розподілу генетичної інформаціївідбувається цитокинез або цитотомія. Під цим терміном мається на увазі освіту тел дочірніх клітин з тіла материнської. При цьому органели, як правило, діляться навпіл, хоча можливі виключення, утворюється перегородка. Цитокинез не виділяють в окрему фазу, як правило, розглядаючи його в рамках телофази.
Отже, в найцікавіших процесах задіяні хромосоми, які несуть генетичну інформацію. Що ж це таке і чому вони так важливі?
Про хромосомах
Ще не маючи ні найменшого поняття про генетику, людизнали, що багато якостей потомства залежать від батьків. З розвитком біології стало очевидно, що інформація про той чи інший організмі зберігається в кожній клітині, і частина її передається майбутнім поколінням.
В кінці 19 століття були відкриті хромосоми - структури, що складаються з довгою
Структура хромосом в момент, коли вони чітковидно, досить проста - вони являють собою дві хроматиди, з'єднані посередині центромерой. Вона є специфічною послідовністю нуклеотидів і грає важливу роль в процесі розмноження клітин. В кінцевому підсумку хромосома зовні в профазі і метафазі, коли її можна найкраще розгледіти, нагадується букву Х.
У 1900 році були відкриті закони Менделя,описують принципи передачі спадкових ознак. Тоді стало остаточно ясно, що хромосоми - це саме те, за допомогою чого передається генетична інформація. Надалі вченими був проведений ряд експериментів, які доводять це. І тоді предметом вивчення стало і те вплив, котре на них чинить поділ клітин.
мейоз
На відміну від мітозу цей механізм в результатіпризводить до утворення двох клітин з набором хромосом в 2 рази менше вихідного. Таким чином процес мейозу служить переходом від диплоїдної фази до гаплоидной, причому в першу чергу
Мейоз і його фази вивчали такі відомі вчені,як В. Флемінг, Е. Страсбургрер, В. І. Бєляєв та інші. Дослідження цього процесу в клітинах як рослин, так і тварин, триває досі - настільки він складний. Спочатку цей процес вважався варіантом мітозу, однак практично відразу після відкриття він все-таки був виділений як окремий механізм. Характеристика мейозу і його теоретичне значення були вперше в достатній мірі описані Августом Вайсманом ще в 1887 році. З тих пір вивчення процесу редукційного поділу сильно просунулося, але зроблені висновки поки не були спростовані.
Мейоз не слід плутати з гаметогенезу, хоча обидваці процеси тісно пов'язані. В освіті статевих клітин беруть участь обидва механізму, проте між ними є ряд серйозних відмінностей. Мейоз відбувається в дві стадії поділу, кожна з яких складається з 4 основних фаз, між ними є коротка перерва. Тривалість всього процесу залежить від кількості ДНК в ядрі і структури хромосомної організації. В цілому він набагато більш тривалий у порівнянні з митозом.
До речі, одна з основних причин значноговидового різноманіття - саме мейоз. Набір хромосом в результаті редукційного поділу розбивається надвоє, так що з'являються нові комбінації генів, в першу чергу потенційно підвищують пристосовуваність і адаптивність організмів, в результаті отримують ті чи інші набори ознак і якостей.
фази мейозу
Як уже було згадано, редукционное клітиннеподіл умовно ділять на дві стадії. Кожна з цих стадій розділена ще на 4. І перша фаза мейозу - профази I в свою чергу підрозділяється ще на 5 окремих етапів. Оскільки вивчення цього процесу триває, в подальшому можуть бути виділені і інші. Зараз же розрізняють наступні фази мейозу:
Таблиця 2
| Найменування стадії | характеристика |
| Перше поділ (редукционное) | |
профаза I | |
| Лептотена | По-іншому цей етап називають стадією тонких ниток. Хромосоми виглядають в мікроскопі як закручений клубок. Іноді виділяють пролептотену, коли окремі ниточки ще складно розгледіти. |
| Зиготена | Стадія зливаються ниток.Гомологічні, тобто подібні між собою по морфології і в генетичному відношенні, пари хромосом зливаються. У процесі злиття, тобто кон'югації, утворюються біваленти, або тетради. Так називають досить стійкі комплекси з пар хромосом. |
| Пахітена | Стадія товстих ниток.На цьому етапі хромосоми спирализуются і завершується реплікація ДНК, утворюються хіазми - точки контакту окремих частин хромосом - хроматид. Відбувається процес кросинговеру. Хромосоми перехрещуються і обмінюються деякими ділянками генетичної інформації. |
| діплотена | Також називається стадією подвійних ниток. Гомологічні хромосоми в бівалентах відштовхуються одна від одної і залишаються пов'язаними тільки в хіазмі. |
| діакінеза | На цій стадії біваленти розходяться на периферії ядра. |
| метафаза I | Оболонка ядра руйнується, формується веретено поділу. Біваленти переміщаються до центру клітини і вишиковуються уздовж екваторіальної площини. |
| анафаза I | Біваленти розпадаються, після чого кожна хромосома з пари переміщається до найближчого полюсу клітини. Поділу на хроматиди не відбувається. |
| телофаза I | Завершується процес розбіжності хромосом.Відбувається формування окремих ядер дочірніх клітин, кожне - з гаплоїдний набором. Хромосоми деспирализуются, утворюється ядерна оболонка. Іноді спостерігається цитокинез, тобто поділ самого тіла клітини. |
| Друге поділ (екваціонное) | |
| профаза II | Відбувається конденсація хромосом, клітинний центр ділиться. Руйнується ядерна оболонка. Утворюється веретено ділення, перпендикулярний першому. |
| метафаза II | У кожній з дочірніх клітин хромосоми вишиковуються уздовж екватора. Кожна з них складається з двох хроматид. |
| анафаза II | Кожна хромосома ділиться на хроматиди. Ці частини розходяться до протилежних полюсів. |
| телофаза II | Отримані однохроматідние хромосоми деспирализуются. Утворюється ядерна оболонка. |
Отже, очевидно, що фази поділу мейозу набагато складніше, ніж процес мітозу. Але, як уже було згадано, це не применшує біологічної ролі непрямого поділу, оскільки вони виконують різні функції.
До речі, мейоз і його фази спостерігаються і удеяких найпростіших. Однак, як правило, він включає в себе лише одну поділку. Передбачається, що така одноступенева форма пізніше розвинулася в сучасну, двоступеневу.
Відмінності і подібності мітозу і мейозу
На перший погляд здається, що відмінності двох цихпроцесів очевидні, адже це зовсім різні механізми. Однак при більш глибокому аналізі виявляється, що відмінності мітозу і мейозу не так вже глобальні, в кінці кінців вони призводять до утворення нових клітин.
Перш за все варто поговорити про те, що є спільного у цих механізмів. По суті збігу всього два: в однаковій послідовності фаз, а також в тому, що
Відмінностей ж набагато більше.Перш за все, мітоз відбувається в соматичних клітинах, в той час як мейоз тісно пов'язаний з утворенням статевих клітин і Спорогенез. У самих фазах процеси в повному обсязі збігаються. Наприклад, кроссинговер в мітозі відбувається під час інтерфази, і то не завжди. У другому ж випадку на цей процес доводиться анафаза мейозу. Рекомбінація генів в непрямому розподілі зазвичай не здійснюється, а значить, він не має ніякого значення в еволюційному розвитку організму і підтримці внутрішньовидової різноманітності. Кількість одержані в результаті мітозу клітин - дві, і вони в генетичному сенсі ідентичні материнській і мають диплоїдним набором хромосом. Під час редукційного поділу все інакше. Результат мейозу - 4 гаплоїдних клітини, що відрізняються від материнської. Крім того, обидва механізму значно розрізняються за тривалістю, і це пов'язано не тільки з різницею в кількості ступенів поділу, а й тривалістю кожного з етапів. Наприклад, перша профази мейозу триває набагато довше, адже в цей час відбувається кон'югація хромосом і кросинговер. Саме тому її додатково ділять на кілька стадій.
У загальному і цілому подібності мітозу і мейозудосить незначні в порівнянні з їх відмінностями один від одного. Переплутати ці процеси практично неможливо. Тому зараз навіть трохи дивує те, що редукційний розподіл раніше вважалося різновидом мітозу.
наслідки мейозу
Як уже було згадано, після закінчення процесуредукційного поділу, замість материнської клітини з диплоїдним набором хромосом утворюються чотири гаплоїдних. І якщо говорити про відмінності мітозу і мейозу - це найзначніше. Відновлення необхідної кількості, якщо мова йде про статевих клітинах, відбувається після запліднення. Таким чином, з кожним новим поколінням не відбувається подвоєння кількості хромосом.
Крім того, під час мейозу відбуваєтьсярекомбінація генів. У процесі розмноження це призводить до підтримки внутрішньовидової різноманітності. Так що той факт, що навіть рідні брати і сестри часом сильно відрізняються один від одного - саме результат мейозу.
До речі, стерильність деяких гібридів втваринний світ - теж проблема редукційного поділу. Справа в тому, що хромосоми батьків, що належать до різних видів, не можуть вступити в кон'югацію, а значить, процес утворення повноцінних життєздатних статевих клітин неможливий. Таким чином, саме мейоз лежить в основі еволюційного розвитку тварин, рослин та інших організмів.
