В этот период клетки растут, синтезируют РНК, белки, накапливается энергия, но синтез ДНК отсутствует. Период характеризуется тем, что клетка содержит диплоидный набор хромосом (2n). Каждая хромосома образована одной хроматидой. Хромосомы деспирализованы. Если количество ДНК, содержащееся в гаплоидном наборе хромосом человека обозначить "С", то в G1 количественная характеристика генетического материала: 2n 1 хроматида 2С.
2. Синтетический период S:
В клетках идет активный синтез ДНК, хромосомных структур, РНК и беков-гистонов. Каждая хромосома достраивает вторую хроматиду. Количественная характеристика генетического материала: 2n 2 хроматиды 4С.
3. Постсинтетический, или премитотический период G2:
В клетке идет синтез белков митотического аппарата, накапливается энергия. Генетическая характеристика: 2n 2 хроматиды 4С.
Одной из основных биологических особенностей клетки как элементарной живой системы является ее способность к авторепродукции. Репродукция клеток лежит в основе развития, роста, размножения и регенерации организма.
Митоз – наиболее распространенный способ репродукции клеток (табл. 2). Универсальность этого способа деления клеток связана с тем, что он обеспечивает образование генетически равноценных клеток и сохраняет преемственность хромосом в ряду клеточных поколений.
Таблица 2 — Типы и виды деления клеток
| НЕПРЯМОЕ | ПРЯМОЕ | |
| МИТОЗ | АМИТОЗ | |
| 1.Собственно митоз | по форме | по виду |
| 2. Эндомитоз | 1.Равномерный | 1.Генеративный |
| 3. Политения | 2.Неравномерный | 2.Реактивный |
| 4. Мейоз | 3.Фрагментация | 3.Дегенеративный |
| 4.Без деления цитоплазмы |
Биологическое значение митоза:
1. Равномерное распределение генетического материала.
2. Образование идентичных с материнской двух дочерних клеток с диплоидным набором хромосом.
3. Обеспечивает рост и регенерацию.
4. Лежит в основе бесполого размножения.
5. Является способом деления соматических клеток живых организмов.
В процессе митоза идет последовательная смена фаз: профаза, прометафаза, метафаза, анафаза, телофаза.
Профаза – происходит спирализация, укорочение, утолщение хроматиновых нитей. Наблюдается расхождение центриолей к полюсам. Начинают образовываться нити веретена деления. В конце – наблюдается разрушение ядрышка и ядерной оболочки. Количественная характеристика генетического материала: 2n 2 хроматиды 4С.
Метафаза – хромосомы в животных клетках располагаются в упорядоченном состоянии в области экватора. Образуется метафазная пластинка. Завершается образование нитей веретена деления. Нити веретена, которые крепятся к кинетохорам, называются хромосомными, а которые идут от полюса к полюсу – полюсными. Количественная характеристика генетического материала: 2n 2 хроматиды 4С.
Анафаза – хромосомные нити веретена сокращаются. К противоположным полюсам расходятся хроматиды, которые принято называть дочерними хромосомами. На каждом полюсе количественная характеристика генетического материала: 2n 1хроматида 2С.
Телофаза – дочерние хромосомы, разошедшиеся к полюсам, деспирализуются, теряют ясные очертания, вокруг них формируются ядерные оболочки, восстанавливается ядрышко. Клеточный центр теряет активность. Начинается цитокинез – деление цитоплазмы. Итогом деления является образование двух диплоидных клеток.
Деление в растительной и животной клетках происходит сходно. Но в клетках высших растений отсутствует клеточный центр. Цитотомия в животных клетках происходит путем перетяжки (образование борозды), которая, углубляясь, делит клетку на две части. В клетках растений формируется в центре срединная пластинка, которая затем растет к периферии.
Митотический цикл клетки – совокупность процессов подготовки клеток к делению и само митотическое деление. Если дочерние клетки, или клетка, сразу же приступают к подготовке к следующему митозу, то их митотический цикл совпадает с жизненным циклом (ткани эмбриона). В других случаях дочерние клетки подвергаются дифференцировке и выполняют различные функции (пресинтетический период удлиняется). Их жизненный цикл заканчивается смертью клетки (у нервных клеток G1 – в течение всей жизни).
Продолжительность каждого из периодов митотического цикла и фаз митоза различна и длится от нескольких минут до нескольких часов, что зависит от ряда причин: типа тканей, физиологического состояния организма, внешних факторов (t, свет, химические вещества). Оказывают влияние и факторы внутренней среды: нейрогуморальные механизмы, осуществляемые нервной системой и гормонами, а также продукты распада тканей.
Важную роль играют факторы, обеспечивающие возможность вступления клеток в деление. Четко доказано, что все синтетические процессы в клетке, готовящейся к делению, находятся под контролем ее генетического аппарата. Гены, контролирующие этот процесс, находятся в разных хромосомах. Активность генов объясняется гипотезой Ф. Жакоба и Ж. Моно (1961). На важную роль нейрогуморальной регуляции митотической активности указали ученые Л. Н. Бляхер (1954), И. А. Уткин (1959). Они установили, что рефлекторный характер регуляции клеточных делений влияет опосредованно – через сдвиг гормонального равновесия. Установлено, что усиление секреции адреналина тормозит митотическую активность, тогда как гормоны щитовидной железы вызывают усиление митоза. Удаление надпочечников приводит к выключению эффекта торможения митоза. На митотический цикл также влияют: суточный ритм митотический активности, факторы внешней среды (свет, температура) нейрогуморальные механизмы, продукты распада тканей.
Циклины − семейство белков, являющихся активаторами циклин-зависимых киназ (CDK) (CDK — англ. cyclin-dependent kinases) — ключевых ферментов, участвующих в регуляции клеточного цикла эукариот. Циклины получили свое название в связи с тем, что их внутриклеточная концентрация периодически изменяется по мере прохождения клеток через клеточный цикл, достигая максимума на его определенных стадиях.
Каталитическая субъединица CDK частично активируется в результате взаимодействия с молекулой циклина, которая образует регуляторную субъединицу фермента. Образование этого гетеродимера становится возможным после достижения циклином критической концентрации. В ответ на уменьшение концентрации циклина происходит инактивация фермента. Для полной активации CDK должно произойти специфическое фосфорилирование и дефосфорилирование определенных аминокислотных остатков в полипептидных цепях этого комплекса. Одним из ферментов, осуществляющих подобные реакции, является киназа CAK (CAK — CDK активирующая киназа).
Циклин-зависимые киназы – группа белков, регулируемых циклином и циклиноподобными молекулами. Большинство CDK участвуют в смене фаз клеточного цикла; также они регулируют транскрипцию и процессинг мРНК. Известно несколько CDK, каждая из которых активируется одним или более циклинами и иными подобными молекулами, притом по большей части CDK гомологичны, отличаясь в первую очередь конфигурацией сайта связывания циклинов.
Эндомитоз – один из видов митоза, суть которого заключается в редупликации хромосом без разрушения ядерной оболочки и без деления клетки (образование полиплоидов). Вследствие этого в клетке происходит умножение числа хромосом, иногда в десятки раз по сравнению с исходным. Эндомитоз встречается в интенсивно функционирующих клетках различных тканей: тканях нематод, насекомых, ракообразных, в корешках некоторых растений. Допускают, что эндомитоз возникает в процессе эволюции, как один из вариантов митоза.
Политения – многократное воспроизведение в хромосомах количества хромонем без увеличения числа хромосом в клетке. При политении выпадают все фазы митотического цикла, кроме репродукции хромонем. Политения встречается у двукрылых насекомых, инфузорий и у некоторых растений. Используется для построения карт хромосом, а также обнаружения хромосомных перестроек.
Мейоз – деление, обеспечивающее образование гаплоидных клеток из соматических.
Значение мейоза:
1. Обеспечивает образование половых клеток с гаплоидным набором хромосом.
2. Поддерживает постоянное число хромосом в кариотипе.
3. Обуславливает образование большого количества новых комбинаций генов, что является источником комбинативной изменчивости.
4. Обеспечивает возможность полового размножения.
Состоит из двух последовательных делений:
1. Мейоз I – редукционное;
2. Мейоз II – эквационное.
Мейоз I.
Профаза 1 имеет 5 стадий: лептотена, зиготена, пахитена, диплотена и диакинез. Количественная характеристика генетического материала: 2n 2 хроматиды 4С.
Лептотена – хромосомы приобретают форму нитей, различимых в микроскоп.
Зиготена – конъюгация гомологичных хромосом, образование бивалентов.
Пахитена – происходит обмен участками гомологичных хромосом – кроссинговер.
Диплотена – отталкивание между гомологичными хромосомами в области центромер. Хромосомы остаются связанными в области перекреста. Эти места называются хиазмами.
Диакинез – спирализация максимальная, биваленты располагаются по периферии ядра. Разрушаются ядрышко и ядерная оболочка. Центриоли расходятся к полюсам и начинает образовываться веретено деления.
Метафаза 1 – биваленты выстраиваются в экваториальной плоскости, центромерами прикрепляются к нитям веретена деления. Количественная характеристика генетического материала: 2n 2хроматиды 4С.
Анафаза 1 –расхождение гомологичных хромосом к полюсам клетки. На каждом полюсе формируется гаплоидный набор хромосом. Каждая хромосома состоит из 2 хроматид. Количественная характеристика генетического материала: n 2хр. 2С.
Телофаза 1 – характерна для клеток животных при этом образуются 2 клетки с гаплоидным набором. Клетки растений сразу переходят в мейоз II.
Между мейозом I и мейозом II наблюдается интеркинез, в котором репликация ДНК отсутствует.
Мейоз II – точная копия митоза.
Профаза 2 – непродолжительная.
Метафаза 2 – образование экваториальной пластинки.
