Процеси життєдіяльності клітин людського організму
Відповіді на питання до екзамену з курсу Основи біології та генетики
Процеси життєдіяльності клітин людського організму.
Поділ і ріст клітин є основою росту багатоклітинного організму. Не всі клітини можуть ділитися, хоча на перших стадіях ембріонального розвитку здатність до поділу мають усі клітини. Кожна нова клітина проходить декілька фаз росту: ембріональну, розтягання і диференціації.
Мітотичний (клітинний) цикл – Сукупність процесів, які відбуваються у клітині від одного поділу до наступного і процесів самого поділу,
У соматичних клітинах клітинний цикл складається з 2 періодів: інтерфази і мітозу.
Інтерфаза – період між двома поділами, а для клітин нездатних до поділу, – весь час від утворення до загибелі. Для здатних до поділу клітин вона становить приблизно 90% часу клітинного циклу.
Підчас інтерфази в клітині синтезуються іРНК та білки. Синтезовані білки не тільки забезпечують власні потреби клітини, але й у подальшому стають важливим “будівельним матеріалом” для новоутворених клітин.
На ДНК-матрицях синтезуються копії ДНК. Кожна
Самоподвоюються центросома, внаслідок чого утворюються 2 центріолі, інтенсивніше функціонують мітохондрії, накопичуючи енергію у формі АТФ, необхідну для наступних стадій мітозу.
Мітоз – поділ ядра, що забезпечує тотожний розподіл генетичного матеріалу між дочірніми клітинами і спадкоємність хромосом у ряду клітинних поколінь.
Включає 2 етапи: поділ ядра – каріокінез і поділ цитоплазми – цитокінез – процес поділу материнської клітини на 2 дочірні шляхом утворення клітинної перегородки і перетяжки. Внаслідок мітозу з однієї материнської клітини утворюються 2 дочірні. У процесі мітозу послідовно відбувається 5 фаз: профаза, прометафаза, метафаза, анафаза, телофаза.
Профаза. Починають виявлятися хромосоми, які спаралізують свій хроматин. На початку кожна хромосома представлена одиничною структурою, всередині – кожна хромосома вже складається з 2 хроматид, між якими з’являється щілиноподібний простір, який весь час розширюється. Наприкінці розчиняється ядерце, РНК вільно лежить у каріоплазмі. Потім ядерна оболонка розпадається на ультрамікроскопічні міхурці ЕПС.
Формується ахроматинова фігура, яка складається з ниток, що тягнуться до полюсів клітини.
Прометафаза. В центрі клітини знаходиться цитоплазма, яка має низьку в’язкість. Занурені в неї хромосоми направляються до екватора клітини.
Метафаза. Хромосоми знаходяться в упорядкованому стані у ділянці екватора. Наприкінці хромосоми приймають форму шпильок, лежать в одній площині на рівній відстані одна від одної. Хроматиди кожної хромосоми після поділу центромери повністю роз’єднуються і починається анафаза.
Анафаза. Є найкоротшою фазою мітозу, хромосоми діляться (з’єднання в районі центромери руйнується) і розходяться до різних полюсів клітини.
Телофаза. Відбувається руйнування веретена поділу і утворення ядерної оболонки навколо дочірніх ядер.
Мейоз – характерний тільки статевим клітинам, унаслідок якого хромосомний набір зменшується вдвічі, клітини переходять з диплоїдного стану в гаплоїдний.
Мейоз складається з двох послідовних поділів, аналогічних мітотичним (з деякими відмінностями), інтерфаза між якими вкорочена, а у рослинних клітинах може бути взагалі відсутня.
Інтерфаза-І. Клітина збільшується в розмірах, активно синтезує білки та акумулює енергію в молекулах АТФ, відбувається реплікація ДНК.
Профаза-І. (Найтриваліша за часом у мейозі) Під час цієї фази хромосоми починають ущільнюватися і набувають вигляду паличкоподібних структур. Після цього гомологічні хромосоми зближуються і кон’югують. Водночас триває скорочення і ущільнення хромосом. Під час кон’югації може здійснюватися і кросинговер. У результаті кросинговеру утворюються нові комбінації спадкового матеріалу. Таким чином, кросинговер є одним із джерел спадкової мінливості.
Через певний час гомологічні хромосоми починають відходити одна від одної. При цьому стає помітним, що кожна з них складається з двох хроматид. Наприкінці цієї фази гомологічні хромосоми розходяться, зникають ядерце, руйнується ядерна оболонка і починає формуватися веретено поділу.
Метафаза-І. Завершується формування веретена поділу. Нитки веретена поділу клітини приєднуються до центромер гомологічних хромосом, розташованих по обидва боки від екватора клітини в метафазній пластинці, на відміну від мітозу, де хромосоми вишиковуються в одну лінію.
Анафаза-І. Нитки веретена поділу скорочуються, гомологічні хромосоми розходяться до протилежних полюсів клітини (при цьому кожна з них складається з двох хроматид).
Наприкінці анафази біля кожного з полюсів клітини опиняється половинний набір хромосом. Розходження хромосом кожної пари є подією випадковою, що є ще одним джерелом спадкової мінливості.
Телофаза-І У кожній з дочірніх клітині формується ядерна оболонка. В клітинах тварин і деяких рослин хромосоми деспіралізуються і поділяється цитоплазма материнської клітини. В клітинах багатьох видів рослин цитоплазма може не ділитися.
Унаслідок першого мейотичного циклу утворюються клітини або лише ядра з половинним порівняно з материнською клітиною набором хромосом.
Інтерфаза-ІІ Інтерфаза між першим і другими мейотичними поділами вкорочена (в клітинах багатьох рослин відсутня взагалі): молекули ДНК у цей період не подвоюються, тому клітина майже одразу переходить до другого поділу.
Профаза-ІІ Хромосоми, кожна з яких складається з двох хроматид, ущільнюються, зникають ядерця, руйнується ядерна оболонка (якщо вона була утворена), хромосоми починають пересуватися до центральної частини клітини, знову формується веретено поділу.
Метафаза-ІІ Завершується ущільнення хромосом і формування веретена поділу. Як і під час мітотичного поділу, центромери хромосом розташовані в одній площині в екваторіальній частині клітини і до них прикріплюються нитки веретена поділу.
Анафаза-ІІ (Найкоротша з циклу) Поділяються центромери хромосом, хроматиди кожної з хромосом розходяться до різних полюсів клітини і вже можуть називатися хромосомами.
Телофаза-ІІ Хромосоми знову деспіралізуються, зникає веретено поділу, формуються ядерця і ядерна оболонка. Завершується телофаза другим поділом клітини (відбуваються процеси, обернені до профази-І).
У результаті другого мейотичного поділу кількість хромосом залишається такою ж, як і після першого, але кількість хроматид кожної з хромосом зменшується вдвічі.
Наслідки мейозу
Отже, після двох послідовних мейотичних поділів материнської клітини утворюється чотири гаплоїдні дочірні. При цьому дочірні можуть відрізнятися за набором хромосом.
Біологічне значення мейозу
Мейоз є досконалим механізмом, який забезпечує сталість каріотипу видів, які розмножуються статевим способом. Завдяки двом мейотичним поділам статеві клітини мають половинний, порівняно з нестатевими, набір хромосом. А набір хромосом, характерний для організмів певного виду, відновлюється під час запліднення.
Мейоз також забезпечує спадкову мінливість організмів.
