Организм многоклеточных состоит из клеток и межклеточного вещества. Клетка является элементарной единицей живого. Это основа строения, развития и жизнедеятельности. Шванн в 1839 году открыл клеточную теорию (размножаются делением, если клетка теряет ядро, то теряет способность к делению - эритроцит).

В состав клеток входят белки, углеводы, липиды, соли, ферменты и вода. В клетке выделяют цитоплазму и ядро. Цитоплазма включает в себя гиалоплазму , органеллы и включения.

Ядро расположено в центре клетки и отделено двуслойной оболочкой. Имеет шаровидную или вытянутую форму. Оболочка - кариолемма - имеет поры, необходимые для обмена веществ между ядром и цитоплазмой.

Содержимое ядра жидкое - кариоплазма, в которой содержатся плотные тельца - ядрышки. В них выделяется зернистость - рибосомы. Основная масса ядра - ядерные белки - нуклеопротеиды, в ядрышках - рибонуклеопротеиды, а в кариоплазме - дезоксирибонуклеопротеиды. Клетка покрыта клеточной оболочкой, которая состоит из белковых и липидных молекул, имеющих мозаичную структуру. Оболочка обеспечивает обмен веществ между клеткой и межклеточной жидкостью.

ЭПС - система канальцев и полостей, на стенках которых располагаются рибосомы, обеспечивающие синтез белка. Рибосомы могут и свободно располагаться в цитоплазме.

Митохондрии - двумембранные органоиды, внутренняя мембрана которых имеет выросты - кристы. Содержимое полостей - матрикс. Митохондрии содержат большое количество липопротеидов и ферментов. Это энергетические станции клетки.

Аппарат Гольджи (1898) - система трубочек, выполняет выделительную функцию в клетке.

Клеточный центр - шаровидное плотное тело - центросфера - внутри которой имеются 2 тельца - центриоли, соединенные перемычкой. Участвует в делении клеток.

Лизосомы - круглые или овальные образования с тонкозернистым содержимым. Выполняют пищеварительную функцию.

Основная часть цитоплазмы - гиалоплазма.

Внутриклеточные включения - это белки, жиры, гликоген, витамины и пигменты.

Основные свойства клетки:

· обмен веществ

· чувствительность

· способность к размножению

Клетка живет во внутренней среде организма - кровь, лимфа и тканевая жидкость. Основными процессами в клетке являются окисление, гликолиз - расщепление углеводов без кислорода. Проницаемость клетки избирательна. Она определяется реакцией на высокую или низкую концентрацию солей, фаго- и пиноцитоз. Секреция - образование и выделение клетками слизеподобных веществ (муцин и мукоиды), защищающие от повреждения и участвующие в образовании межклеточного вещества.

Виды движений клетки:

1. амебоидное (ложноножки) - лейкоциты и макрофаги.

2. скользящее - фибробласты

3. жгутиковый тип - сперматозоиды (реснички и жгутики)

Деление клеток.

1. непрямое (митоз, кариокинез, мейоз)

2. прямое (амитоз)

При митозе ядерное вещество распределяется равномерно между дочерними клетками, т.к. хроматин ядра концентрируется в хромосомах, которые расщепляются на две хроматиды, расходящиеся в дочерние клетки.

Фазы митоза:

1. Профаза (хромосомы в ядре в виде округлых телец, клеточный центр увеличивается и концентрируется возле ядра, формируются хромосомы и растворяются ядрышки)

2. Метафаза (расщепляются хромосомы, растворяется ядерная оболочка, клеточный центр переходит в веретено деления, хромосомы образуют на экваторе экваториальную пластинку, на них образуются продольные нити)

3. Анафаза (дочерние хромосомы расходятся к полюсам, происходит деление цитоплазмы в экваториальной плоскости)

4. Телофаза (образуются дочерние клетки)

При созревании половых клеток хромосомный набор уменьшается вдвое, а при оплодотворении восстанавливается вновь. Сокращенное число - гаплоидное, полное - диплоидное. Человек имеет 46 - 2n. Дочерние клетки приобретают набор хромосом, идентичный материнскому. Процессы наследственности связаны с молекулами ДНК. Прямое деление (амитоз) - деление путем перешнуровки. Сначала делится на 2 ядро, затем цитоплазма.

Клетки, подобно кирпичикам дома, являются строительным материалом практически всех живых организмов. Из каких частей они состоят? Какую функцию в клетке выполняют различные специализированные структуры? На эти и многие другие вопросы вы найдете ответы в нашей статье.

Что такое клетка

Клеткой называют наименьшую структурную и функциональную единицу живых организмов. Несмотря на относительно небольшие размеры, она образует свой уровень развития. Примерами одноклеточных организмов являются зеленые водоросли хламидомонада и хлорелла, простейшие животные эвглена, амеба и инфузория. Их размеры действительно микроскопические. Однако функция клетки организма данной систематической единицы достаточно сложна. Это питание, дыхание, обмен веществ, передвижение в пространстве и размножение.

Общий план строения клеток

Клеточное строение имеют не все живые организмы. К примеру, вирусы образованы нуклеиновыми кислотами и белковой оболочкой. Из клеток состоят растения, животные, грибы и бактерии. Все они отличаются особенностями строения. Однако общая их структура одинакова. Она представлена поверхностным аппаратом, внутренним содержимым - цитоплазмой, органеллами и включениями. Функции клеток обусловлены особенностями строения этих составляющих. К примеру, у растений фотосинтез осуществляется на внутренней поверхности особых органелл, которые называются хлоропластами. У животных данные структуры отсутствуют. Строение клетки (таблица "Строение и функции органелл" подробно рассматривает все особенности) определяет ее роль в природе. Но для всех многоклеточных организмов общей является обеспечение обмена веществ и взаимосвязи между всеми органами.

Строение клетки: таблица "Строение и функции органелл"

Данная таблица поможет подробно ознакомиться со строением клеточных структур.

Как видите, каждая клеточная органелла имеет свою сложную структуру. Причем строение каждой из них определяет и выполняемые функции. Только согласованная работа всех органелл позволяет существовать жизни на клеточном, тканевом и организменном уровнях.

Основные функции клетки

Клетка - уникальная структура. С одной стороны, каждая ее составляющая играет свою роль. С другой - функции клетки подчинены единому согласованному механизму работы. Именно на этом уровне организации жизни осуществляются важнейшие процессы. Одним из них является размножение. В его основе лежит процесс Существует два основных его способа. Так, гаметы делятся путем мейоза, все остальные (соматические) - митоза.

Благодаря тому что мембрана является полупроницаемой, возможно поступление в клетку и в обратном направлении различных веществ. Основой для всех обменных процессов является вода. Поступая в организм, биополимеры расщепляются до простых соединений. А вот минеральные вещества находятся в растворах в виде ионов.

Клеточные включения

Функции клеток не осуществлялись бы в полном объеме без наличия включений. Эти вещества являются запасом организмов на неблагоприятный период. Это может быть засуха, понижение температуры, недостаточное количество кислорода. Запасающие функции веществ в клетке растений выполняет крахмал. Он находится в цитоплазме в виде гранул. В животных клетках запасным углеводом служит гликоген.

Что такое ткани

У клетки, сходные по строению и функциям, объединяются в ткани. Эта структура является специализированной. К примеру, все клетки эпителиальной ткани мелкие, плотно прилегают друг к другу. Форма их весьма разнообразна. В данной ткани практически отсутствует Такое строение напоминает щит. Благодаря этому эпителиальная ткань выполняет защитную функцию. Но любому организму необходим не только "щит", но и взаимосвязь с окружающей средой. Чтобы осуществить и эту функцию, в эпителиальной есть особые образования - поры. А у растений подобной структурой служат устьица кожицы или чечевички пробки. Эти структуры осуществляют газообмен, транспирацию, фотосинтез, терморегуляцию. И прежде всего эти процессы осуществляются на молекулярном и клеточном уровне.

Взаимосвязь строения и функций клеток

Функции клеток обусловлены их строением. Все ткани являются ярким примером этому. Так, миофибриллы способны к сокращению. Это клетки мышечной ткани, которые осуществляют передвижение отдельных частей и всего тела в пространстве. А вот у соединительной - другой принцип строения. Данный вид ткани состоит из крупных клеток. Именно они являются основой всего организма. Соединительная ткань также содержит большое количество межклеточного вещества. Такое строение обеспечивает ее достаточный объем. Этот вид ткани представлен такими разновидностями, как кровь, хрящевая, костная ткани.

Говорят, что не восстанавливаются... На этот факт существует много разных взглядов. Однако никто не сомневается, что нейроны связывают весь организм в единое целое. Это достигается другой особенностью строения. Нейроны состоят из тела и отростков - аксонов и дендритов. По ним информация и поступает последовательно от нервных окончаний к головному мозгу, а оттуда - обратно к рабочим органам. В результате работы нейронов весь организм связан единой сетью.

Итак, большинство живых организмов имеют клеточное строение. Эти структуры являются единицами строения растений, животных, грибов и бактерий. Общие функции клеток - это способность к делению, восприятие к факторам окружающей среды и обмен веществ.

Клетка — это основная структурная единица большинства организмов на Земле. В основе ее деления лежат два процесса — митоз и мейоз.

Что такое соматические клетки?

Так называют все клетки живых организмов, кроме половых. Все они обладают двойным набором хромосом, в отличие от тех же половых клеток, у которых одинарный набор. Из них сформированы все, за исключением вирусов, живые организмы в мире. В основе их деления лежит процесс под названием митоз.

Что такое митоз и какова его роль в природе?

Во время означенного процесса из одной клетки образуются две идентичные дочерние, с точно таким же набором хромосом, как и у материнской. Это единственный способ размножения всех одноклеточных эукариотов, также данный процесс лежит в основе регенерации тканей растений, животных и грибов. Митоз играет важнейшую роль не только в бесполом размножении, но и в половом, обеспечивая деление клеток эмбриона. Точно таким же способом делятся клетки растений, грибов и животных во время роста организма.

Что такое мейоз?

Это второй способ, с помощью которого делятся соматические клетки. Однако он несколько специфический. В процессе мейоза из одной клетки с двойным набором хромосом образовывается несколько дочерних с одинарным. Именно таким способом вырабатываются половые клетки, то есть гаметы.

Фазы митоза

Деление соматических клеток происходит в несколько этапов, у каждого из которых есть свои отличительные черты. Весь процесс длится около трех часов. Этапов насчитывается четыре, не считая интерфазы: профаза, анафаза, метафаза и телофаза. Обо всех по порядку.

Интерфаза

Это промежуток времени между делениями клетки, на котором она готовится к митозу. В этой фазе клетка развивается и проявляет обычные для нее признаки жизнедеятельности. Данный период не входит непосредственно в процесс митоза.

Профаза

Это самая длительная по времени фаза митоза. На ее протяжении увеличивается ядро клетки, хромосомы формируются в спирали. В этот период все хромосомы представляют собой две хроматиды, которые соединены центромерами — своеобразными перетяжками. Эти структуры похожи на букву Х. Затем ядерная оболочка и ядрышко разрушаются, и хромосомы переходят в цитоплазму. Центриоли клетки располагаются по ее полюсам и между собой образуют нити веретена деления, которые потом, в конце фазы, крепятся к центромерам.

Метафаза

Это следующий этап в процессе, с помощью которого делятся соматические клетки. На протяжении этой фазы хромосомы располагаются вдоль экватора клетки. Таким образом формируется метафазная пластинка. В это время хромосомы имеют очень малый размер, так как они сильно скручены в спирали. Однако их хорошо видно в микроскоп благодаря четкому расположению. Поэтому исследование хромосом клеток проводится обычно на этом этапе митоза.

Анафаза

Это самый непродолжительный этап деления клетки посредством митоза. В этот период нити веретена, образованного центриолями, начинают оттягивать центромеры хромосомы в противоположные стороны, вследствие чего происходит разделение ее на две отдельные хроматиды. Теперь в каждом полюсе клетки расположены одинаковые наборы хроматид.

Телофаза

Это последний этап митоза. На его протяжении наблюдаются процессы, противоположные тем, что происходили в трех предыдущих фазах. А именно: спирали хромосом раскручиваются, снова образуются ядерные оболочки и ядрышка. Также на этом этапе происходит непосредственно само деление: разделяется цитоплазма, и каждая дочерняя клетка получает свой набор органелл. У растений происходит еще и формирование целлюлозной стенки вокруг мембраны двух новообразованных структур.

Мейоз

Еще один процесс, в результате которого делятся соматические клетки. Он предполагает формирование гамет, то есть половых клеток с одинарным набором хромосом. Соматические клетки во время этого процесса делятся последовательно два раза. Таким образом, выделяют мейоз І и мейоз ІІ. Каждый из них состоит из фаз под такими же названиями, как и у митоза. Рассмотрим подробнее процессы, которые происходят в клетке во время различных стадий мейоза.

Мейоз І

Во время этого процесса клетка делится таким образом, что образуются две дочерние с сокращенным вдвое набором хромосом:

1. Профаза . На этом этапе происходит интереснейший процесс — кроссинговер. Он заключается в том, что хроматиды переплетаются между собой и обмениваются отдельными участками ДНК. Вследствие этого происходит перекомбинация генетической информации клетки, что обеспечивает разнообразность организмов одного вида. Затем хроматиды разъединяются, и происходит то же, что и в профазе митоза: исчезает оболочка ядра, ядрышко и формируется веретено деления.
2. Метафаза . В это время хромосомы выстраиваются вдоль экватора клетки, гомологичные при этом располагаются попарно.
3. Анафаза . На этом этапе хромосомы передвигаются к разным полюсам клетки. То есть каждая пара гомологичных структур разделяется, одна из хромосом располагается в одной стороне, другая — в другой.
4. Телофаза . Здесь происходит заново формирование ядерных мембран и ядрышек, цитоплазма и органеллы разделяются, и образовываются две дочерние клетки с одинарным набором хромосом.

Мейоз ІІ

Сразу после первого мейоза начинается второй. Профаза очень короткая. Вслед за ней наступает анафаза , на протяжении которой хромосомы занимают положение вдоль экватора, к ним крепятся нитки веретена деления. В анафазе к полюсам расходятся отдельные половины хромосом. В телофазе формируются четыре клетки с одинарным набором генетической информации. Вместе мейоз І и мейоз ІІ называются гаметогенезом.

Разнообразие клеток

Соматические клетки позвоночных животных и других организмов делятся на группы, в зависимости от своего предназначения, роли и функций тканей, которые из них состоят. В связи с этим они имеют несколько разное строение.

Виды тканей и особенности их клеток

Среди тканей животных выделяют такие разновидности: покровная, соединительная, нервная, мышечная, кровь, лимфа. Все они состоят из соматических клеток, однако немного различных по строению:

По сравнению с другими клетками гаметы выполняют уникальные функции. Они обеспечивают передачу наследственной информации между поколениями особей, что поддерживает жизнь во времени. Гаметы – это одно из направлений дифферен-цировки клеток многоклеточного организма, направленное на процесс размножения. Это высокодифференцированные клетки, ядра которых содержат всю необходимую наследственную информацию для развития нового организма.

По сравнению с соматическими клетками (эпителиальными, нервными, мышечными) гаметы имеют ряд характерных особенностей. Первое отличие – наличие в ядре гаплоидного набора хромосом, что обеспечивает воспроизведение в зиготе типичного для организмов данного вида диплоидного набора (гаметы человека, например, содержат по 23 хромосомы; при слиянии гамет после оплодотворения формируется зигота, которая содержит 46 хромосом – нормальное количество для человеческих клеток).

Второе отличие – необычное ядерно-цитоплазматическое соотношение (т. е. отношение объема ядра к объему цитоплазмы). У яйцеклеток оно снижено за счет того, что имеется много цитоплазмы, где содержится питательный материал (желток) для будущего зародыша. В сперматозоидах, наоборот, ядерно-цито-плазматическое соотношение высокое, так как мал объем цитоплазмы (почти вся клетка занята ядром). Этот факт находится в соответствии с основной функцией сперматозоида – доставкой наследственного материала к яйцеклетке.

Третье отличие – низкий уровень обмена веществ в гаметах. Их состояние похоже на анабиоз. Мужские половые клетки вообще не вступают в митоз, а женские гаметы получают эту способность только после оплодотворения (когда они уже перестают быть гаметами и становятся зиготами) или воздействия фактора, индуцирующего партеногенез.

Несмотря на наличие ряда общих черт, мужские и женские половые клетки значительно отличаются друг от друга, что обусловлено различием в выполняемых функциях.

Яйцеклетка – крупная неподвижная клетка, обладающая за-па-сом питательных веществ. Размеры женской яйцеклетки составляют 150–170 мкм (гораздо больше мужских сперматозоидов, размер которых 50–70 мкм). Функции питательных веществ различны. Их выполняют:

1) компоненты, нужные для процессов биосинтеза белка (ферменты, рибосомы, м-РНК, т-РНК и их предшественники);

2) специфические регуляторные вещества, которые контролируют все процессы, происходящие с яйцеклеткой, например, фактор дезинтеграции ядерной оболочки (с этого процесса начинается профаза 1 мейотического деления), фактор, преобразующий ядро сперматозоида в пронуклеус перед фазой дробления, фактор, ответственный за блок мейоза на стадии метафазы II и др.;

3) желток, в состав которого входят белки, фосфолипиды, различные жиры, минеральные соли. Именно он обеспечивает питание зародыша в эмбриональном периоде.

По количеству желтка в яйцеклетке она может быть алеци-тальной, т. е. содержащей ничтожно малое количество желтка, поли-, мезо– или олиголецитальной. Человеческая яйцеклетка относится к алецитальным. Это обусловлено тем, что человеческий зародыш очень быстро переходит от гистиотрофного типа питания к гематотрофному. Также человеческая яйцеклетка по распределению желтка является изолецитальной: при ничтожно малом количестве желтка он равномерно располагается в клетке, поэтому ядро оказывается примерно в центре.

Яйцеклетка имеет оболочки, которые выполняют защитные функции, препятствуют проникновению в яйцеклетку более одного сперматозоида, способствуют имплантации зародыша в стенку матки и определяют первичную форму зародыша.

Яйцеклетка обычно имеет шарообразную или слегка вытянутую форму, содержит набор тех типичных органелл, что и любая клетка. Как и другие клетки, яйцеклетка отграничена плазматической мембраной, но снаружи она окружена блестящей оболочкой, состоящей из мукополисахаридов (получила свое название за оптические свойства). Блестящая оболочка покрыта лучистым венцом, или фолликулярной оболочкой, которая представляет собой микроворсинки фолликулярных клеток. Она играет защитную роль, питает яйцеклетку.

Яйцеклетка лишена аппарата активного движения. За 4–7 суток она проходит по яйцеводу до полости матки расстояние, которое примерно составляет 10 см. Для яйцеклетки характерна плазматическая сегрегация. Это означает, что после оплодотворения в еще не дробящемся яйце происходит такое равномерное распределение цитоплазмы, что в дальнейшем клетки зачатков будущих тканей получают ее в определенном закономерном количестве.

Сперматозоид – это мужская половая клетка (гамета). Он обладает способностью к движению, чем в известной мере обеспечивается возможность встречи разнополых гамет. Размеры сперматозоида микроскопические: длина этой клетки у человека составляет 50–70 мкм (самые крупные они у тритона – до 500 мкм). Все сперматозоиды несут отрицательный электрический заряд, что препятствует их склеиванию в сперме. Количество сперматозоидов, образующихся у особи мужского пола, всегда колоссально. Например, эякулят здорового мужчины содержит около 200 млн сперматозоидов (жеребец выделяет около 10 млрд сперматозоидов).

Строение сперматозоида

По морфологии сперматозоиды резко отличаются от всех других клеток, но все основные органеллы в них имеются. Каждый сперматозоид имеет головку, шейку, промежуточный отдел и хвост в виде жгутика. Почти вся головка заполнена ядром, которое несет наследственный материал в виде хроматина. На переднем конце головки (на ее вершине) располагается акро-сома, которая представляет собой видоизмененный комплекс Гольджи. Здесь происходит образование гиалуронидазы – фермента, который способен расщеплять мукополисахариды оболочек яйцеклетки, что делает возможным проникновение сперматозоида внутрь яйцеклетки. В шейке сперматозоида расположена митохондрия, которая имеет спиральное строение. Она необходима для выработки энергии, которая тратится на активные движения сперматозоида по направлению к яйцеклетке. Большую часть энергии сперматозоид получает в виде фруктозы, которой очень богат эякулят. На границе головки и шейки располагается цент-риоль. На поперечном срезе жгутика видны 9 пар микротрубочек, еще 2 пары есть в центре. Жгутик является органоидом активного движения. В семенной жидкости мужская гамета развивает скорость, равную 5 см/ч (что применительно к ее размерам примерно в 1,5 раза быстрее, чем скорость пловца-олимпийца).

При электронной микроскопии сперматозоида обнаружено, что цитоплазма головки имеет не коллоидное, а жидкокристаллическое состояние. Этим достигается устойчивость сперматозоида к неблагоприятным условиям внешней среды (например, к кислой среде женских половых путей). Установлено, что сперматозоиды более устойчивы к воздействию ионизирующей радиации, чем незрелые яйцеклетки.

Сперматозоиды некоторых видов животных имеют акросом-ный аппарат, который выбрасывает длинную и тонкую нить для захвата яйцеклетки.

Установлено, что оболочка сперматозоида имеет специфические рецепторы, которые узнают химические вещества, выделяемые яйцеклеткой. Поэтому сперматозоиды человека способны к направленному движению по направлению к яйцеклетке (это называется положительным хемотаксисом).

При оплодотворении в яйцеклетку проникает только головка сперматозоида, несущая наследственный аппарат, а остальные части остаются снаружи.

Оплодотворение – это процесс слияния половых клеток. В результате оплодотворения образуется диплоидная клетка – зигота, это начальный этап развития нового организма. Оплодотворению предшествует выделение половых продуктов, т. е. осеменение. Существует два типа осеменения:

1) наружное. Половые продукты выделяются во внешнюю среду (у многих пресноводных и морских животных);

2) внутреннее. Самец выделяет половые продукты в половые пути самки (у млекопитающих, человека).

Оплодотворение состоит из трех последовательных стадий: сближения гамет, активации яйцеклетки, слияния гамет (синга-мии), акросомной реакции.

Сближение гамет

С)бусловлено совокупностью факторов, повышающих вероятность встречи гамет: половой активностью самцов и самок, скоординированной во времени, соответствующим половым поведением, избыточной продукцией сперматозоидов, крупными размерами яйцеклеток. Ведущий фактор – выделение гаметами гамонов (специфических веществ, способствующих сближению и слиянию половых клеток). Яйцеклетка выделяет гиногамоны, которые обусловливают направленное движение к ней сперматозоидов (хемотаксис), а сперматозоиды выделяют андрогамоны.

Для млекопитающих также важна длительность пребывания гамет в половых путях самки. Это необходимо для того, чтобы сперматозоиды приобрели оплодотворяющую способность (происходит так называемая капацитация, т. е. способность к акросом-ной реакции).

Акросомная реакция

Акросомная реакция – это выброс протеолитических ферментов (главным образом, гиалуронидазы), которые содержатся в акросоме сперматозоида. Под их влиянием происходит растворение оболочек яйцеклетки в месте наибольшего скопления сперматозоидов. Снаружи оказывается участок цитоплазмы яйцеклетки (так называемый бугорок оплодотворения), к которому прикрепляется только один из сперматозоидов. После этого плазматические мембраны яйцеклетки и сперматозоида сливаются, образуется цитоплазматический мостик, сливаются цитоплазмы обеих половых клеток. Далее в цитоплазму яйцеклетки проникают ядро и центриоль сперматозоида, а его мембрана встраивается в мембрану яйцеклетки. Хвостовая часть сперматозоида отделяется и рассасывается, не играя какой-либо существенной роли в дальнейшем развитии зародыша.

Активация яйцеклетки

Активация яйцеклетки происходит закономерно в результате контакта ее со сперматозоидом. Имеет место кортикальная реакция, защищающая яйцеклетку от полиспермии, т. е. проникновения в нее более одного сперматозоида. Она заключается в том, что происходят отслойка и затвердевание желточной оболочки под влиянием специфических ферментов, выделяющихся из кортикальных гранул.

В яйцеклетке изменяется обмен веществ, повышается потребность в кислороде, начинается активный синтез питательных веществ. Завершается активация яйцеклетки началом трансляционного этапа биосинтеза белка (так как м-РНК, т-РНК, рибосомы и энергия в виде макроэргов были запасены еще в овогенезе).

Слияние гамет

У большинства млекопитающих на момент встречи яйцеклетки со сперматозоидом она находится в метафазе II, так как процесс мейоза в ней заблокирован с помощью специфического фактора. У трех родов млекопитающих (лошадей, собак и лисиц) блок осуществляется на стадии диакинеза. Этот блок снимается только после того, как в яйцеклетку проникает ядро сперматозоида. В то время как в яйцеклетке завершается мейоз, ядро проникшего в нее сперматозоида приобретает другой вид – сначала интерфазного, а затем и профазного ядра. Ядро сперматозоида превращается в мужской пронуклеус: в нем удваивается количество ДНК, набор хромосом в нем соответствует n2c (содержит гаплоидный набор редуплицированных хромосом).

После завершения мейоза ядро превращается в женский про-нуклеус и также содержит количество наследственного материала, соответствующее n2c.

Оба пронуклеуса проделывают сложные перемещения внутри будущей зиготы, сближаются и сливаются, образуя синкарион (содержит диплоидный набор хромосом) с общей метафазной пластинкой. Затем формируется общая мембрана, возникает зигота. Первое митотическое деление зиготы приводит к образованию двух первых клеток зародыша (бластомеров), каждая из которых несет диплоидный набор хромосом 2n2c.

Видеоурок 1: Деление клетки. Митоз

Видеоурок 2: Мейоз. Фазы мейоза

Лекция: Клетка - генетическая единица живого. Хромосомы, их строение (форма и размеры) и функции

Клетка - генетическая единица живого

Базовой единицей жизни признана отдельная клетка. Именно на клеточном уровне происходят процессы, отличающие живую материю от неживой. В каждой из клеток хранится и интенсивно используется наследственная информация о химической структуре белков, которые должны синтезироваться в ней и поэтому она называется генетической единицей живого. Даже безъядерные эритроциты на начальных этапах своего существования обладают митохондриями и ядром. Только в зрелом состоянии они не имеют структур для синтеза белка.

На сегодняшний день науке неизвестны клетки, в которых бы не содержалась ДНК или РНК в качестве носителя геномной информации. При отсутствии генетического материала клетка не способна к синтезу белков, а следовательно – жизни.

ДНК имеется не только в ядрах, ее молекулы содержатся в хлоропластах и митохондриях, эти органоиды могут размножаться внутри клетки.

ДНК в клетке находится в виде хромосом – сложных белково-нуклеиновых комплексов. Хромосомы эукариот локализованы в ядре. Каждая из них представляет собой сложную структуру из:

Единственной длинной молекулы ДНК, 2 метра которой упакованы в компактную структуру размером (у человека) до 8 мкм;

Специальных белков-гистонов, чья роль сводится к упаковке хроматина (вещества хромосомы) в знакомую палочковидную форму;

Хромосомы, их строение (форма и размеры) и функции

Такая плотная упаковка генетического материала производится клеткой перед делением. Именно в этот момент можно рассмотреть в микроскоп плотно упакованные сформированные хромосомы. Когда ДНК свернута в компактные хромосомы, называемые гетерохроматином – синтез матричной РНК невозможен. В период набора клеткой массы и ее интерфазного развития хромосомы находятся в менее упакованном состоянии, которое названо интерхроматином и в нем синтезируется мРНК, происходит репликация ДНК.

Основными элементами структуры хромосом являются:

Центромера. Это часть хромосомы с особой последовательностью нуклеотидов. Она соединяет между собой две хроматиды, участвует в конъюгации. Именно к ней прикрепляются белковые нити трубочек веретена деления клетки.

Теломеры . Это концевые участки хромосом, которые не способны к соединению с другими хромосомами, они играют защитную роль. Состоят из повторяющихся участков специализированной ДНК, образующей комплексы с белками.

Точки инициации репликации ДНК.

Хромосомы прокариот очень сильно отличаются от эукариотических, представляя собой расположенные в цитоплазме, ДНК-содержащие структуры. Геометрически они представляют собой кольцевую молекулу.

Хромосомный набор клетки имеет свое название – кариотип. Каждый из видов живых организмов имеет свои, характерные только для него состав, количество и форму хромосом.

Соматические клетки содержат диплоидный (двойной) хромосомный набор, от каждого из родителей получено по половине.

Хромосомы, отвечающие за кодирование одних и тех же функционально белков – называются гомологичными. Плоидность клеток может быть различной – как правило, у животных гаметы гаплоидны. У растений полиплоидия в настоящее время довольно частое явление, использующееся при создании новых сортов в результате гибридизации. Нарушение количества плоидности у теплокровных и человека вызывает серьезные врожденные заболевания, такие как синдром Дауна (наличие трех копий 21-й хромосомы). Чаще всего хромосомные нарушения приводят к нежизнеспособности организма.

У человека полный хромосомный набор состоит из 23 пар. Наибольшее известное число хромосом – 1600, найдено у простейших планктонных организмов – радиолярий. Самый маленький хромосомный набор у австралийских черных муравьев-бульдогов – всего 1.

Жизненный цикл клетки. Фазы митоза и мейоза

Интерфаза , иначе говоря, отрезок времени между двумя делениями, определяется наукой как жизненный цикл клетки.

В течение интерфазы в клетке совершаются жизненные химические процессы, она растет, развивается, накапливает запасные вещества. Подготовка к размножению предусматривает удвоение содержимого – органоидов, вакуолей с питательным содержимым, объема цитоплазмы. Именно благодаря делению, как способу быстрого увеличения количества клеток возможны продолжительная жизнь, размножение, увеличение размеров организма, его выживание при ранениях и регенерация тканей. В клеточном цикле выделяются следующие этапы:

Интерфаза. Время между делениями. Сначала клетка растет, затем увеличивается число органоидов, объем запасного вещества, синтезируются белки. В последней части интерфазы хромосомы готовы к последующему делению – они состоят из пары сестринских хроматид.

Митоз. Так называется один из способов деления ядра, характерный для телесных (соматических) клеток, в его ходе из одной получаются 2 клетки, с идентичным набором генетического материала.

Для гаметогенеза характерен мейоз. Прокариотические клетки сохранили древний способ размножения - прямое деление.

Митоз состоит из 5 основных фаз:

Профаза. Ее началом считается момент, когда хромосомы становятся столь плотно упакованными, что видны в микроскоп. Также, в этом время разрушаются ядрышки, образуется веретено деления. Активизируются микротрубочки, продолжительность их существования уменьшается до 15 секунд, но скорость образования вырастает тоже значительно. Центриоли расходятся к противоположным сторонам клетки, формируя огромное количество постоянно синтезирующихся и распадающихся белковых микротрубочек, которые протягиваются от них к центромерам хромосом. Так формируется веретено деления. Такие мембранные структуры как ЭПС и аппарат Гольджи распадаются на отдельные пузырьки и трубочки, беспорядочно расположенные в цитоплазме. Рибосомы отделяются от мембран ЭПС.

Метафаза . Образуется метафазная пластинка, состоящая из хромосом, уравновешенных в середине клетки усилиями противоположных центриольных микротрубочек, тянущих их каждая в свою сторону. При этом продолжается синтез и распад микротрубочек, своеобразная их «переборка». Эта фаза самая длительная.

• Анафаза . Усилия микротрубочек отрывают соединения хромосом в области центромеры, и с силой растягивают их к полюсам клетки. При этом хромосомы из-за сопротивления цитоплазмы иногда принимают V-образную форму. В области метафазной пластинки появляется кольцо из белковых волокон.
• Телофаза. Ее началом считается момент, когда хромосомы достигают полюсов деления. Начинается процесс восстановления внутренних мембранных структур клетки – ЭПС, аппарата Гольджи, ядра. Хромосомы распаковываются. Собираются ядрышки, начинается синтез рибосом. Веретено деления распадается.
• Цитокинез . Последняя фаза, в которой появившееся в центральной области клетки белковое кольцо начинает сжиматься, расталкивая цитоплазму к полюсам. Происходит разделение клетки на две и образование на месте белкового кольца клеточной мембраны.

Регуляторами процесса митоза являются специфические белковые комплексы. Результатом митотического деления становится пара клеток, обладающих идентичной генетической информацией. В гетеротрофных клетках митоз протекает быстрее, чем в растительных. У гетеротрофов этот процесс может занимать от 30 минут, у растений – 2-3 часа.

Для генерации организмом клеток, имеющих половинное от нормального количество хромосом используется другой механизм деления – мейоз .

Он связан с необходимостью производства половых клеток, у многоклеточных позволяет избежать постоянного увеличения в два раза количества хромосом в последующем поколении и дает возможность получения новых комбинаций аллельных генов. Он отличается количеством фаз, являясь более длительным. Происходящее при этом уменьшение количества хромосом приводит к образованию 4 гаплоидных клеток. Мейоз представляет собой два деления, следующих друг за другом без перерыва.

Определены следующие фазы мейоза:

Профаза I . Гомологичные хромосомы приближаются друг к другу и продольно объединяются. Такое объединение названо конъюгацией. Затем происходит кроссинговер – двойные хромосомы перекрещиваются своими плечами и обмениваются участками.

Метафаза I. Хромосомы разъединяются и занимают места на экваторе клеточного веретена деления, принимая V-образную форму из-за натяжения микротрубочек.

Анафаза I. Гомологичные хромосомы растягиваются микротрубочками к полюсам клетки. Но в отличие от митотического деления, они расходятся целыми, а не отдельными хроматидами.

Результатом первого деления мейоза становится образование двух клеток, имеющих половинное количество целых хромосом. Между делениями мейоза интерфаза практически отсутствует, удвоения хромосом не случается, они и так двуххроматидные.

Сразу следующее за первым повторное мейотическое деление полностью аналогично митозу – в нем хромосомы разделяются на отдельные хроматиды, распределяемые поровну между новыми клетками.

оогонии проходят стадию митотического размножения на эмбриональном этапе развития, так что женский организм уже рождается с неизменным их количеством;

сперматогонии способны к размножению в любой момент репродуктивного периода мужского организма. Генерируется их намного большее количество, чем женских гамет.

Гаметогенез животных организмов происходит в половых железах – гонадах.

Процесс превращения сперматогониев в сперматозоиды происходит в несколько этапов:

Митотическое деление превращает сперматогонии в сперматоциты 1-го порядка.

В результате однократного мейоза они превращаются в сперматоциты 2-го порядка.

Второе мейотическое деление позволяет получить 4 гаплоидные сперматиды.

Наступает период формирования. В клетке происходит уплотнение ядра, уменьшение количества цитоплазмы, формирование жгутика. Также, запасаются белки и увеличивается количество митохондрий.

Формирование яйцеклеток во взрослом женском организме происходит следующим образом:

Из овоцита 1-го порядка, которых в организме находится определенное количество, в результате мейоза с уменьшением количества хромосом вдвое образуются ооциты 2-го порядка.

В результате второго мейотического деления образуются: зрелая яйцеклетка и три мелких редукционных тельца.

Это неравновесное распределение питательных веществ между 4-мя клетками призвано обеспечить большой ресурс питательных веществ для нового живого организма.

Яйцеклетки у папоротников и мхов образуются в архегониях. У более высокоорганизованных растений – в специальных семяпочках, расположенных в завязи.