Клеточный цикл и деление клеток: фазы митоза, мейоз и гаметогенез

Клеточный цикл — период существования клетки от момента ее образования путем деления материнской клетки до собственного деления или гибели (апоптоза). Клеточный цикл состоит из интерфазы (подготовки к делению, занимает до 90% времени) и собственно деления (митоза или мейоза).

Периоды интерфазы:

1. Пресинтетический (G₁, от англ. gap — интервал): активный рост клетки, синтез РНК, белков ферментов, образование органоидов (митохондрий, рибосом), хромосомный набор клетки: 2n 2c (диплоидный набор однохроматидных хромосом);

2. Синтетический период (S-период): РЕПЛИКАЦИЯ (удвоение) молекул ДНК, синтез гистонов, центриолей. Каждая хромосома становится двухроматидной (состоит из двух идентичных сестринских хроматид, соединенных в области центромеры). Набор: 2n 4c;

3. Постсинтетический период (G₂): накопление энергии АТФ, синтез белка тубулина для нитей веретена деления, проверка целостности реплицированной ДНК (чекпоинт G₂/M). Набор: 2n 4c.

Митоз (кариокинез) — способ деления эукариотических клеток, обеспечивающий точное равномерное распределение идентичного генетического материала между дочерними клетками. 4 фазы митоза:

1. Профаза (2n 4c): спирализация (конденсация) хроматина в компактные видимые хромосомы, центриоли расходятся к полюсам клетки, начинается сборка нитей веретена деления, ядрышки исчезают, ядерная оболочка распадается на фрагменты;

2. Метафаза (2n 4c): хромосомы достигают максимальной конденсации и выстраиваются в плоскости экватора клетки, формируя метафазную пластинку. Нити веретена деления прикрепляются к кинетохорам центромер хромосом;

3. Анафаза (4n 4c): центромеры хромосом синхронно разделяются, нити веретена деления укорачиваются и растягивают сестринские хроматиды к противоположным полюсам клетки. Хроматиды становятся самостоятельными однохроматидными хромосомами! Число хромосом удваивается;

4. Телофаза (2 × 2n 2c): у полюсов клетки хромосомы деконденсируются, восстанавливаются ядерные оболочки и ядрышки, веретено деления разрушается. Завершается цитокинезом (делением цитоплазмы: у животных — перетяжкой мембраны, у растений — клеточной пластинкой из фрагмопласта).

Биологическое значение: генетическая стабильность, регенерация, рост и бесполое размножение.

Мейоз — специализированный способ деления клеток с образованием гаплоидных гамет (спор у растений). Включает два последовательных деления, которым предшествует только одна интерфаза с репликацией ДНК:

Мейоз I (редукционное деление):

• Профаза I (2n 4c): самая продолжительная фаза; происходит конъюгация (тесное сближение гомологичных хромосом с образованием бивалентов / тетрад) и КРОССИНГОВЕР (взаимный обмен гомологичными участками хроматид, создающий новые рекомбинации генов);

• Метафаза I (2n 4c): биваленты выстраиваются на экваторе;

• Анафаза I (2n 4c): к полюсам расходятся ГОМОЛОГИЧНЫЕ ДВУХРОМАТИДНЫЕ ХРОМОСОМЫ (а не хроматиды, как в митозе!). Происходит независимое расхождение отцовских и материнских хромосом;

• Телофаза I (1n 2c в каждой из 2 клеток): число хромосом редуцируется в 2 раза.

Интеркинез короткий, БЕЗ РЕПЛИКАЦИИ ДНК!

Мейоз II (эквационное деление, протекает как обычный митоз для гаплоидных клеток):

В анафазе II (2n 2c у полюсов) расходятся сестринские хроматиды. В телофазе II образуются 4 ГАПЛОИДНЫЕ КЛЕТКИ (1n 1c) с уникальным рекомбинантным набором генов.

Гаметогенез — процесс созревания половых клеток (гамет) в гонадах:

• Сперматогенез (в семенниках): 4 зоны: 1) Зона размножения (сперматогонии делятся митозом, 2n); 2) Зона роста (сперматоциты I порядка накапливают массу, 2n 4c); 3) Зона созревания (мейоз I и II: образуются 4 одинаковые гаплоидные сперматиды, 1n 1c); 4) Зона формирования (сперматиды превращаются в подвижные жгутиковые сперматозоиды). Из одной исходной клетки образуется 4 функциональных сперматозоида;

• Овогенез (в яичниках): 3 зоны (зона формирования отсутствует): 1) Зона размножения (овогонии делятся митозом еще во внутриутробном периоде); 2) Зона роста (длительный рост, ооциты I порядка накапливают желток); 3) Зона созревания (мейоз сопровождается РЕЗКО НЕРАВНОМЕРНЫМ делением цитоплазмы: образуется 1 КРУПНАЯ ЯЙЦЕКЛЕТКА со всем запасом желтка и 3 МЕЛКИХ РЕДУКЦИОННЫХ ПОЛЯРНЫХ ТЕЛЬЦА, которые впоследствии дегенерируют).

Сводная таблица хромосомных формул для экзамена ЕНТ:

• Митоз:

- Профаза: 2n 4c;

- Метафаза: 2n 4c;

- Анафаза: 4n 4c (хроматиды разошлись и стали самостоятельными хромосомами!);

- Телофаза: 2n 2c в каждой клетке;

• Мейоз:

- Профаза I и Метафаза I: 2n 4c;

- Анафаза I: 2n 4c;

- Телофаза I: 1n 2c в каждой клетке (редукция числа хромосом);

- Метафаза II: 1n 2c;

- Анафаза II: 2n 2c (у полюсов);

- Телофаза II (гаметы): 1n 1c.