Клеточный цикл

1.

Клеточный цикл. Митоз. Мейоз

2. Задание

Допишите конспект. Следующую пару начнём с разбора материала в
формате беседы.

3.

Клеточный цикл
• Клеточный цикл — период жизни клетки от
одного деления до следующего (или до
гибели).
• Два основных периода: интерфаза (G1, S, G2)
и митоз (M).
• Интерфаза занимает около 90% времени
цикла — клетка растёт и готовится к делению.
• Продолжительность — от десятков минут до
месяцев (у соматических клеток человека — в
среднем около суток).

4.

Интерфаза: события по периодам
• Пресинтетический период (G1): рост клетки, синтез белков и РНК, рост органелл.
Набор — 2n2c.
• Синтетический период (S): репликация ДНК — каждая хромосома становится
двухроматидной. Набор — 2n4c.
• Постсинтетический период (G2): синтез тубулина, белков веретена; проверка
перед входом в деление. Набор — 2n4c.
• G0 — выход из цикла: нейроны, мышечные клетки, эритроциты перестают
делиться.
n — число хромосом, c — количество ДНК в хромосоме (хроматид)

5.

Регуляция клеточного цикла
• Переходы между периодами контролируют контрольные точки (чекпоинты):
– точка R на границе G1/S — «можно ли входить в цикл»; проверка
повреждений ДНК;
– G2/M — завершена ли репликация и нет ли ошибок;
– контрольная точка веретена (метафаза) — все ли хромосомы прикрепились.
• Механизм — циклины и циклин-зависимые киназы (CDK): концентрация циклина
активирует киназу и «запускает» следующий этап.
• При неисправимых поломках — апоптоз (программируемая гибель клетки).
• Потеря контроля над клеточным циклом — основа опухолевого роста.

6.

Митоз: общая характеристика
• Митоз — непрямое деление клетки, при котором набор хромосом сохраняется:
2n → 2n.
• Продолжительность — 1–2 часа; основная «работа» происходит именно в
профазе–анафазе.
• Фазы: профаза → прометафаза → метафаза → анафаза → телофаза (+
цитокинез).
• Аппарат деления — веретено из микротрубочек, полюса задают центросомы (у
животных — центриоли).
• Митоз лежит в основе роста, регенерации и бесполого размножения.

7.

Фазы митоза: общая схема

8.

Митоз: профаза и прометафаза
• Профаза:
– хромосомы конденсируются и становятся видимыми;
– ядрышко исчезает;
– начинается сборка веретена деления; центриоли расходятся к полюсам (у
животных);
– ядро ещё сохранено.
• Прометафаза:
– ядерная оболочка распадается на фрагменты;
– микротрубочки находят хромосомы и связываются с кинетохорами —
белковыми структурами в области центромеры.

9.

Митоз: метафаза и анафаза
• Метафаза:
– хромосомы выстраиваются по экватору клетки — метафазная пластинка;
– контрольная точка веретена: деление не начнётся, пока все кинетохоры не
прикрепятся к микротрубочкам.
• Анафаза — самая короткая фаза:
– когезины — белки, скрепляющие сестринские хроматиды, разрушаются;
– хроматиды расходятся к полюсам со скоростью около 1 мкм/мин;
– каждая хроматида с этого момента — самостоятельная хромосома.

10.

Митоз: телофаза и цитокинез
• Телофаза:
– хромосомы деконденсируются, веретено разбирается;
– вокруг каждого набора хромосом формируется ядерная оболочка,
восстанавливаются ядрышки.
• Цитокинез — разделение цитоплазмы:
– у животных — перетяжка за счёт актино-миозинового кольца;
– у растений — клеточная пластинка из фрагмопласта (везикулы Гольджи).
• Результат: две дочерние клетки 2n2c — точные генетические копии материнской.

11.

Биологическое значение митоза
• Рост организма — увеличение числа клеток с сохранением кариотипа.
• Регенерация — замена изношенных и повреждённых клеток (эпидермис,
эпителий, кровь).
• Бесполое размножение — вегетативное размножение растений, почкование
гидры, дрожжей.
• Эмбриогенез — дробление зиготы: митотические деления без роста.
• Оборотная сторона: при потере контроля над митозом клетки делятся
бесконтрольно — опухолевый рост.

12.

Мейоз: общая характеристика
• Мейоз — два последовательных деления при одном удвоении ДНК в
предшествующей S-фазе.
• Мейоз I — редукционное деление: гомологичные хромосомы расходятся, набор
сокращается вдвое.
• Мейоз II — эквационное деление: расходятся сестринские хроматиды (как в
митозе).
• Результат: из одной клетки 2n4c — четыре клетки n1c.
• Ключевые события — конъюгация гомологов и кроссинговер в профазе I.

13.

Профаза мейоза I — пять стадий
• Лептонема — хромосомы начинают конденсироваться.
• Зигонема — гомологичные хромосомы конъюгируют попарно (бок о бок),
образуя бивалент (тетраду); работает синаптонемный комплекс.
• Пахинема — кроссинговер: обмен участками между гомологами.
• Диплонема — гомологи отталкиваются, но остаются связаны в точках — хиазмах.
• Диакинез — максимальная конденсация хромосом, ядерная оболочка
разрушается.
Бивалент = 2 хромосомы (2n) + 4 хроматиды (4c) — отсюда название «тетрада»

14.

Мейоз I и II: схема делений

15.

Поведение хромосом: митоз против мейоза
Параметр
Митоз
Мейоз
Число делений
одно
два
Начальный набор
2n2c
2n4c
Результат
2 клетки 2n2c
4 клетки n1c
Конъюгация гомологов
нет
да (профаза I)
Кроссинговер
нет
да
Что расходится в анафазе
сестринские хроматиды
сначала гомологи, затем
хроматиды
Где происходит
соматические клетки
при образовании гамет и спор

16.

Кроссинговер
• Обмен участками между гомологичными хромосомами в пахитеме профазы I.
• Точки контакта гомологов — хиазмы (в среднем 2–3 на пару хромосом).
• Результат — новые комбинации аллелей в хромосомах гамет.
• Основа генетических карт: частота кроссинговера пропорциональна расстоянию
между генами (Т. Морган).

17.

Биологическое значение мейоза
• Основа полового размножения: гаметы несут гаплоидный набор n, при
оплодотворении восстанавливается 2n.
• Поддержание постоянства числа хромосом в ряду поколений.
• Источник комбинативной изменчивости:
– кроссинговер — перекомбинация аллелей внутри хромосом;
– независимое расхождение гомологов в метафазе I (число комбинаций у
человека — более 8 миллионов).