10 класс. Биология. Жизненный цикл клетки

Комментарии преподавателя

 1. Клеточный цикл

Со­глас­но кле­точ­ной тео­рии, новые клет­ки воз­ни­ка­ют толь­ко путем де­ле­ния преды­ду­щих ма­те­рин­ских кле­ток. Хро­мо­со­мы, в ко­то­рых со­дер­жат­ся мо­ле­ку­лы ДНК, иг­ра­ют важ­ную роль в про­цес­сах кле­точ­но­го де­ле­ния, по­сколь­ку обес­пе­чи­ва­ют пе­ре­да­чу ге­не­ти­че­ской ин­фор­ма­ции от од­но­го по­ко­ле­ния к дру­го­му.

По­это­му очень важно, чтобы до­чер­ние клет­ки по­лу­чи­ли оди­на­ко­вое ко­ли­че­ство ге­не­ти­че­ско­го ма­те­ри­а­ла, и вполне есте­ствен­но, что перед де­ле­ни­ем клет­ки про­ис­хо­дит удво­е­ние ге­не­ти­че­ско­го ма­те­ри­а­ла, то есть мо­ле­ку­лы ДНК (рис. 1).

Что же такое кле­точ­ный цикл? Жиз­нен­ный цикл клет­ки – по­сле­до­ва­тель­ность со­бы­тий, про­ис­хо­дя­щих от мо­мен­та об­ра­зо­ва­ния дан­ной клет­ки до ее де­ле­ния на до­чер­ние клет­ки. Со­глас­но дру­го­му опре­де­ле­нию, кле­точ­ный цикл – жизнь клет­ки от мо­мен­та ее по­яв­ле­ния в ре­зуль­та­те де­ле­ния ма­те­рин­ской клет­ки и до ее соб­ствен­но­го де­ле­ния или ги­бе­ли.

В те­че­ние кле­точ­но­го цикла клет­ка рас­тет и ви­до­из­ме­ня­ет­ся так, чтобы успеш­но вы­пол­нять свои функ­ции в мно­го­кле­точ­ном ор­га­низ­ме. Этот про­цесс носит на­зва­ние диф­фе­рен­ци­ров­ки. Затем клет­ка успеш­но вы­пол­ня­ет свои функ­ции в те­че­ние опре­де­лен­но­го про­ме­жут­ка вре­ме­ни, после чего при­сту­па­ет к де­ле­нию.

По­нят­но, что все клет­ки мно­го­кле­точ­но­го ор­га­низ­ма не могут де­лить­ся бес­ко­неч­но, иначе все су­ще­ства, в том числе и че­ло­век, были бы бес­смерт­ны­ми.

Рис. 1. Фраг­мент мо­ле­ку­лы ДНК

Этого не про­ис­хо­дит, по­то­му что в ДНК име­ют­ся «гены смер­ти», ко­то­рые ак­ти­ви­ру­ют­ся при опре­де­лен­ных усло­ви­ях. Они син­те­зи­ру­ют опре­де­лен­ные бел­ки-фер­мен­ты, раз­ру­ша­ю­щие струк­ту­ры клет­ки, её ор­га­нел­лы. В ре­зуль­та­те, клет­ка сжи­ма­ет­ся и по­ги­ба­ет.

Такая за­про­грам­ми­ро­ван­ная кле­точ­ная смерть носит на­зва­ние апо­пто­за. Но в пе­ри­од от мо­мен­та по­яв­ле­ния клет­ки и до апо­пто­за, клет­ка про­хо­дит мно­же­ство де­ле­ний.

 2. Этапы клеточного цикла

Кле­точ­ный цикл со­сто­ит из 3-х глав­ных ста­дий:

1.     Ин­тер­фа­за – пе­ри­од ин­тен­сив­но­го роста и био­син­те­за опре­де­лен­ных ве­ществ.

2.     Митоз, или ка­рио­ки­нез (де­ле­ние ядра).

3.     Ци­то­ки­нез (де­ле­ние ци­то­плаз­мы).

Да­вай­те более по­дроб­но оха­рак­те­ри­зу­ем ста­дии кле­точ­но­го цикла. Итак, пер­вая – это ин­тер­фа­за. Ин­тер­фа­за – наи­бо­лее про­дол­жи­тель­ная фаза, пе­ри­од ин­тен­сив­но­го син­те­за и роста. В клет­ке син­те­зи­ру­ет­ся много ве­ществ, необ­хо­ди­мых для ее роста и осу­ществ­ле­ния всех свой­ствен­ных ей функ­ций. Во время ин­тер­фа­зы про­ис­хо­дит ре­пли­ка­ция ДНК.

Митоз – про­цесс де­ле­ния ядра, при ко­то­ром хро­ма­ти­ды от­де­ля­ют­ся друг от друга и пе­ре­рас­пре­де­ля­ют­ся в виде хро­мо­сом между до­чер­ни­ми клет­ка­ми.

Ци­то­ки­нез – про­цесс раз­де­ле­ния ци­то­плаз­мы между двумя до­чер­ни­ми клет­ка­ми. Обыч­но под на­зва­ни­ем митоз ци­то­ло­гии объ­еди­ня­ют ста­дию 2 и 3, то есть де­ле­ние клет­ки (ка­рио­ки­нез), и де­ле­ние ци­то­плаз­мы (ци­то­ки­нез).

 3. Интерфаза

Да­вай­те более по­дроб­но оха­рак­те­ри­зу­ем ин­тер­фа­зу (рис. 2). Ин­тер­фа­за со­сто­ит из 3-х пе­ри­о­дов: G1, S и G2. Пер­вый пе­ри­од, пре­син­те­ти­че­ский (G1) – это фаза ин­тен­сив­но­го роста клет­ки.

Рис. 2. Ос­нов­ные ста­дии жиз­нен­но­го цикла клет­ки.

Здесь про­ис­хо­дит син­тез опре­де­лен­ных ве­ществ, это наи­бо­лее про­дол­жи­тель­ная фаза, ко­то­рая сле­ду­ет за де­ле­ни­ем кле­ток. В этой фазе про­ис­хо­дит на­коп­ле­ние ве­ществ и энер­гии, необ­хо­ди­мой для по­сле­ду­ю­ще­го пе­ри­о­да, то есть для удво­е­ния ДНК.

Со­глас­но со­вре­мен­ным пред­став­ле­ни­ям, в пе­ри­о­де G1 син­те­зи­ру­ют­ся ве­ще­ства, ко­то­рые ин­ги­би­ру­ют либо сти­му­ли­ру­ют сле­ду­ю­щий пе­ри­од кле­точ­но­го цикла, а имен­но син­те­ти­че­ский пе­ри­од.

Син­те­ти­че­ский пе­ри­од (S), обыч­но длит­ся от 6 до 10 часов, в от­ли­чие от пре­син­те­ти­че­ско­го пе­ри­о­да, ко­то­рый может длить­ся до несколь­ких суток и вклю­ча­ет удво­е­ние ДНК, а также син­тез бел­ков, на­при­мер бел­ков ги­сто­нов, ко­то­рые могут фор­ми­ро­вать хро­мо­со­мы. К концу син­те­ти­че­ско­го пе­ри­о­да, каж­дая хро­мо­со­ма со­сто­ит из двух хро­ма­тид, со­еди­нен­ных друг с дру­гом цен­тро­ме­ром. В этот же пе­ри­од цен­три­о­ли удва­и­ва­ют­ся.

Пост­син­те­ти­че­ский пе­ри­од (G2), на­сту­па­ет сразу же после удво­е­ния хро­мо­сом. Он длит­ся от 2-х до 5-ти часов.

В этот же пе­ри­од на­кап­ли­ва­ет­ся энер­гия, необ­хо­ди­мая для даль­ней­ше­го про­цес­са де­ле­ния клет­ки, то есть непо­сред­ствен­но для ми­то­за.

В этот пе­ри­од про­ис­хо­дит де­ле­ние ми­то­хон­дрий и хло­ро­пла­стов, а также син­те­зи­ру­ют­ся белки, ко­то­рые впо­след­ствии будут об­ра­зо­вы­вать мик­ро­тру­боч­ки. Мик­ро­тру­боч­ки, как вы зна­е­те, об­ра­зу­ют нить ве­ре­те­на де­ле­ния, и те­перь клет­ка го­то­ва к ми­то­зу.

 4. Процесс удвоения ДНК

Пре­жде чем пе­рей­ти к опи­са­нию спо­со­бов де­ле­ния клет­ки, рас­смот­рим про­цесс удво­е­ния ДНК, ко­то­рый при­во­дит к об­ра­зо­ва­нию двух хро­ма­тид. Этот про­цесс про­ис­хо­дит в син­те­ти­че­ском пе­ри­о­де. Удво­е­ние мо­ле­ку­лы ДНК на­зы­ва­ют ре­пли­ка­ци­ей или ре­ду­пли­ка­ци­ей (рис. 3).

Рис. 3. Про­цесс ре­пли­ка­ции (ре­ду­пли­ка­ции) ДНК (син­те­ти­че­ский пе­ри­од ин­тер­фа­зы). Фер­мент хе­ли­ка­за (зе­ле­ный) рас­пле­та­ет двой­ную спи­раль ДНК, а ДНК-по­ли­ме­ра­зы (го­лу­бой и оран­же­вый) до­стра­и­ва­ют ком­пле­мен­тар­ные нук­лео­ти­ды.

Во время ре­пли­ка­ции часть мо­ле­ку­лы ма­те­рин­ской ДНК рас­пле­та­ет­ся на две нити с по­мо­щью спе­ци­аль­но­го фер­мен­та – хе­ли­ка­зы. При­чем это до­сти­га­ет­ся раз­ры­вом во­до­род­ных свя­зей между ком­пле­мен­тар­ны­ми азо­ти­сты­ми ос­но­ва­ни­я­ми (А-Т и Г-Ц). Далее к каж­до­му нук­лео­ти­ду разо­шед­ших­ся нитей ДНК фер­мент ДНК по­ли­ме­ра­зы под­стра­и­ва­ет ком­пле­мен­тар­ный ему нук­лео­тид.

Так об­ра­зу­ют­ся две двух­це­по­чеч­ные мо­ле­ку­лы ДНК, в со­став каж­дой из ко­то­рой вхо­дит одна це­поч­ка ма­те­рин­ской мо­ле­ку­лы и одна новая до­чер­няя це­поч­ка. Эти две мо­ле­ку­лы ДНК аб­со­лют­но иден­тич­ны.

Рас­пле­сти для ре­пли­ка­ции всю боль­шую мо­ле­ку­лу ДНК од­но­вре­мен­но невоз­мож­но. По­это­му ре­пли­ка­ция на­чи­на­ет­ся в от­дель­ных участ­ках мо­ле­ку­лы ДНК, об­ра­зу­ют­ся ко­рот­кие фраг­мен­ты, ко­то­рые затем сши­ва­ют­ся в длин­ную нить при по­мо­щи опре­де­лен­ных фер­мен­тов.

Про­дол­жи­тель­ность кле­точ­но­го цикла за­ви­сит от типа клет­ки и от внеш­них фак­то­ров, таких как тем­пе­ра­ту­ра, на­ли­чие кис­ло­ро­да, на­ли­чие пи­та­тель­ных ве­ществ. На­при­мер, бак­те­ри­аль­ные клет­ки в бла­го­при­ят­ных усло­ви­ях де­лят­ся каж­дые 20 минут, клет­ки эпи­те­лия ки­шеч­ни­ка каж­дые 8–10 часов, а клет­ки кон­чи­ков кор­ней лука де­лят­ся каж­дые 20 часов. А неко­то­рые клет­ки нерв­ной си­сте­мы не де­лят­ся ни­ко­гда.

Воз­ник­но­ве­ние кле­точ­ной тео­рии

В XVII веке ан­глий­ский врач Ро­берт Гук (рис. 4), ис­поль­зуя са­мо­дель­ный све­то­вой мик­ро­скоп, уви­дел, что проб­ка и дру­гие рас­ти­тель­ные ткани со­сто­ят из ма­лень­ких ячеек, раз­де­лен­ных пе­ре­го­род­ка­ми. Он их на­звал клет­ка­ми.

Рис. 4. Ро­берт Гук

В 1738 году немец­кий бо­та­ник Мат­ти­ас Шлей­ден (рис. 5) при­шел к вы­во­ду, что рас­ти­тель­ные ткани со­сто­ят из кле­ток. Ровно через год зоо­лог Тео­дор Шванн (рис. 5) при­шел к та­ко­му же вы­во­ду, но толь­ко от­но­си­тель­но тка­ней жи­вот­ных.

Рис. 5. Мат­ти­ас Шлей­ден (слева) Тео­дор Шванн (спра­ва)

Он за­клю­чил, что жи­вот­ные ткани, так же как и рас­ти­тель­ные, со­сто­ят из кле­ток и что клет­ки яв­ля­ют­ся ос­но­вой жизни. На ос­но­ва­нии кле­точ­ных дан­ных уче­ные сфор­му­ли­ро­ва­ли кле­точ­ную тео­рию.

Рис. 6. Ру­дольф Вир­хов

Через 20 лет Ру­дольф Вир­хов (рис. 6) рас­ши­рил кле­точ­ную тео­рию и при­шел к за­клю­че­нию, что клет­ки могут по­яв­лять­ся из дру­гих кле­ток. Он писал: «Где су­ще­ству­ет клет­ка, там долж­на быть и пред­ше­ству­ю­щая клет­ка, точно так, как жи­вот­ные про­ис­хо­дят толь­ко от жи­вот­но­го, а рас­те­ния – толь­ко от рас­те­ния… Над всеми жи­вы­ми фор­ма­ми, будь то ор­га­низ­мы жи­вот­ных или рас­те­ний, или их со­став­ные части, гос­под­ству­ет веч­ный закон непре­рыв­но­го раз­ви­тия».

Стро­е­ние хро­мо­сом

Как вы зна­е­те, хро­мо­со­мы иг­ра­ют клю­че­вую роль в кле­точ­ном де­ле­нии, по­сколь­ку пе­ре­да­ют ге­не­ти­че­скую ин­фор­ма­цию от од­но­го по­ко­ле­ния к дру­го­му. Хро­мо­со­мы со­сто­ят из мо­ле­ку­лы ДНК, свя­зан­ной с бел­ка­ми ги­сто­на­ми. Также в со­став ри­бо­сом вхо­дит неболь­шое ко­ли­че­ство РНК.

В де­ля­щих­ся клет­ках хро­мо­со­мы пред­став­ле­ны в виде длин­ных тон­ких нитей, рав­но­мер­но рас­пре­де­лен­ных по всему объ­е­му ядра.

От­дель­ные хро­мо­со­мы не раз­ли­чи­мы, но их хро­мо­сом­ный ма­те­ри­ал окра­ши­ва­ет­ся ос­нов­ны­ми кра­си­те­ля­ми и на­зы­ва­ет­ся хро­ма­ти­ном. Перед де­ле­ни­ем клет­ки хро­мо­со­мы (рис. 7) утол­ща­ют­ся и уко­ра­чи­ва­ют­ся, что поз­во­ля­ет их хо­ро­шо ви­деть в све­то­вой мик­ро­скоп.

Рис. 7. Хро­мо­со­мы в про­фа­зе 1 мей­о­за

В дис­пер­ги­ро­ван­ном, то есть рас­тя­ну­том со­сто­я­нии, хро­мо­со­мы участ­ву­ют во всех про­цес­сах био­син­те­за или ре­гу­ли­ру­ют про­цес­сы био­син­те­за, а во время кле­точ­но­го де­ле­ния эта их функ­ция при­оста­нав­ли­ва­ет­ся.

При всех фор­мах кле­точ­но­го де­ле­ния ДНК каж­дой хро­мо­со­мы реп­ли­ци­ру­ет­ся, так что об­ра­зу­ют­ся две иден­тич­ные, двой­ные по­ли­нук­лео­тид­ные цепи ДНК.

Рис. 8. Стро­е­ние хро­мо­со­мы

Эти цепи окру­жа­ют­ся бел­ко­вой обо­лоч­кой и в на­ча­ле кле­точ­но­го де­ле­ния имеют вид иден­тич­ных нитей, ле­жа­щих бок о бок. Каж­дая нить носит на­зва­ние хро­ма­ти­ды и со­еди­не­на со вто­рой нитью неокра­ши­ва­ю­щим­ся участ­ком, ко­то­рый носит на­зва­ние цен­тро­ме­ры (рис. 8).

источник конспекта - http://interneturok.ru/ru/school/biology/10-klass/undefined/zhiznennyy-tsikl-kletki

источник видео - http://www.youtube.com/watch?v=JdEEbJydaqE

источник видео - http://www.youtube.com/watch?v=N9vMeBtaLwQ

источник видео - http://www.youtube.com/watch?v=S_q7prRYHFE

источник видео - http://www.youtube.com/watch?v=kHSU3MxRuYc

источник презентации - http://prezentacii.com/biologiya/14211-zhiznennyy-cikl-kletki-mitoz-amitoz-10-klass.html

Файлы