Бинарное деление

Содержание

Размножение клетки

Все эукариотические клетки образуются в результате удвоения, а потом деления генетического материала ядра (митоз, мейоз) и деления тела клетки (цитокинез), за исключением тех клеток, которые образуются за счёт слияния.

Клетки, которые один раз сформировались, живут и функционируют до тех пор, пока не поделятся снова или погибнут.

Пример 1

Эритроциты, нейроны и мышечные клетки сердца не способны к делению.

В связи с тем, что длительность жизни каждой клетки ограничена, многоклеточный организм, чтобы существовать долго, должен образовывать новые клетки с той же скоростью, с которой гибнут старые.

Замечание 1

Деление клеток – важнейшее явление в жизни всех организмов.

Одно из положений клеточной теории утверждает, что новые клетки образуются только из предидущих. Этот процесс и называется делением клеток.

У одноклеточных организмов жизнь начинается образованием зиготы в результате слияния гамет. Во время интенсивного деления зиготы образуются миллиарды клеток, которые дифференцируются, растут и формируют ткани и органы.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

С размножением клеток (пролиферацией) связаны рост и оновление многих структур в многоклеточном организме. После нового формирования организма клетки теряют способность к интенсивному размножению, хотя время от времени делятся для замещения клеток, которые погибли, и поддержания целостности тканей, органов и всего организма.

В основании деления клеток лежит молекулярно-генетический механизм – репликация молекул ДНК.

Митоз – непрямое деление клеток

Все клетки многоклеточного организма возникают в результате размножения (деления) ранее существующих клеток.

Определение 1

Митоз (гр. mitos – нить) – это сложный процесс деление ядра, в результате которого образуются две дочерние ядра, в каждом из которых имеется тот же набор хромосом, что и в материнском ядре, происходит точное распределение хромосом с имеющейся в них ДНК между дочерними клетками.

Процесс митоза является частью жизненного цикла клетки и условно делится на пять последовательных фаз:

  • профазу;
  • прометафазу;
  • метафазу;
  • анафазу;
  • телофазу.

Замечание 2

Длительность каждой фазы митоза может быть разной – от нескольких минут до сотен часов. Это зависит от типа клеток, тканей, активности органов, физиологического состояния организма, а также от факторов внешней среды (температуры, влажности, освещения, химических веществ и т.п.) и внутренних факторов (гормонов и нейромедиаторов).

  1. Профаза.

    Когда клетка входит в стадию профазы, содержимое ядра существенно изменяется. Длинные волокна хроматина скручиваются, уплотняются, образуют петли и спирали. Они хорошо заметны в световом микроскопе как отдельные хромосомы. На этой стадии каждая хромосома состоит из двух хроматид, находящихся друг возле друга по всей длине. Пары центриолей отдаляются друг от друга в направлении к противоположным концам клетки, образуя два полюса деления. Эти структуры будут залучены в организацию микротрубочек веретена деления.

  2. Прометафаза.

    Начало прометафазы отличается внезапной (20-30 с) дезинтеграцией ядерной оболочки на мелкие везикулы, которые подобны везикулам эндоплазматической сети. Теперь микротрубочка веретена деления может попасть в ядро. Кариоплазма и цитоплазма смешиваются. Хромосомы ещё более уплотняются, потом на центромерах хромосом образуются кинетохоры – специальные белки, от которых отходят микротрубочки. Группы микротрубочек веретена деления взаимодействуют с кинетохорными микротрубочками, что и обеспечивает движение хромосом. Кинетохорные микротрубочки направлены в разные стороны от двух сестринских хроматид и могут тянуть их в разные стороны, что приводит к направленному движению хромосом.

  3. Метафаза.

    Расположение хромосом в экваториальной плоскости означает, что клетка находится в стадии метафазы. Сгруппированные таким образом хромосомы имеют название метафазной пластинки. В таком виде они удерживаются за счёт натяжения микротрубочек. В дальнейшем микротрубочки, присоединённые к кинетохорам, начинают растягивать хромосому в разные стороны таким образом, что дочерние хроматиды отделяются друг от друга. Во время метафазы хромосомы находятся в упорядоченном состоянии, имеют чёткое строение и хорошо видимы в световом микроскопе. Потому исследование кариотипов проводят именно в этой фазе. В конце фазы завершается репликация центромерного участка ДНК, а хроматиды п рассоединяются.

  4. Анафаза.

    Во время анафазы хроматиды каждой хромосомы растягиваются микротрубочками веретена деления друг от друга и перемещаются к противоположным частям клетки. Все хроматиды двигаются с одинаковой скоростью. Дочерние анафазные хромосомы (раньше были хроматидами метафазной хромосомы) содержат по одной молекуле ДНК. Она палочкообразной формы, но имеет изгиб возле центромеры. Их расхождение происходит одновременно и быстро. Когда анафаза завершается, в разных частях клетки, которая делится, собираются два полные равноценные наборы хромосом. Генетическая формула этих наборов – 2n2c.

  5. Телофаза.

    Два идентичные наборы хромосом находятся на противоположных концах веретена, которое начинает распадаться. Вокруг каждой из групп хромосом везикулы сливаются и образуют новые ядерные оболочки. Наследственный материал хромосом начинает раскручиваться (деспирализоваться) до состояния хроматина, который характерен для интерфазы. Снова появляются ядрышка. Когда эти изменения завершаются, митоз добегает конца, и каждое из образованных ядер снова входит в начало следующего клеточного цикла.

Замечание 3

Биологический смысл митоза – точное и равномерное распределение генетического наследственного материала между дочерними клетками.

Часть I

Вам предлагаются тестовые задания с одним вариантом ответа из четырех возможных.

Максимальное количество баллов, которое можно набрать – 15

(по 1 баллу за каждое тестовое задание).

Выделите правильный ответ:

  1. Образовавшиеся после деления новые клетки несут:

  • а) новую наследственную информацию;
  • +б) ту же наследственную информацию, что была в материнской клетке;
  • в) в два раза меньше информации;
  • г) в два раза больше информации.
  1. Исключите лишнее:

  • а) чума;
  • б) холера;
  • +в) грипп;
  • г) тиф.
  1. Из перечисленных растений устьица на обеих сторонах листа имеют:

  • +а) пшеница;
  • б) ряска;
  • в) слива;
  • г) элодея.
  1. Наибольшее количество белка содержится в семени:

  • а) подсолнечника;
  • +б) фасоли;
  • в) пшеницы;
  • г) льна.
  1. Венчик цветка скорее всего:

  • а) защищает главные части цветка;
  • б) привлекает опылителей яркой окраской;
  • в) привлекает насекомых запахом;
  • +г) выполняет первые две функции.
  1. В каком случае систематические группы расположены в правильной

  • последовательности:
  • а) вид – род – отдел – класс – царство — семейство;
  • б) род – семейство – вид – отдел – царство — класс;
  • +в) царство – отдел – класс – семейство – род — вид;
  • г) семейство – вид – род – класс – царство — отдел.
  1. Усики гороха – это видоизмененные:

  • а) стебли;
  • б) побеги;
  • + в) листья;
  • г) лепестки.
  1. Светочувствительный глазок хламидомонады расположен:

  • а) в оболочке;
  • б) в выделительной вакуоли;
  • в) целиком погружен в цитоплазму;
  • +г) на хроматофоре.
  1. У млекопитающих артериальная кровь течет по венам, а венозная – по артериям:

  • а) в большом круге кровообращения;
  • б) в воротной системе печени;
  • +в) в малом круге кровообращения;
  • г) при экстрасистолярном кровообращении, когда кровь начинает из желудочков сердца
  • перекачиваться в предсердия.
  1. Впервые у хордовых появляется следующая стадия эмбриогенеза:

  • а) морула;
  • б) бластула;
  • в) гаструла;
  • +г) нейрула.
  1. Нейстоном называют организмы:

  • а) пассивно парящие в толще воды;
  • +б) обитающие в поверхностной пленке воды;
  • в) активно плавающие в толще воды;
  • г) ведущие придонный образ жизни.

  1. Гомойтермия типична для представителей классов:

  • а) рыб;
  • б) амфибий;
  • в) рептилий;
  • +г) птиц.
  1. Полный метаморфоз в своем развитии не проходят:

  • а) чешуекрылые;
  • +б) прямокрылые;
  • в) веерокрылые;
  • г) ручейники.
  1. У паукообразных нервная система представлена:

  • а) нервной трубкой;
  • б) звездообразным ганглием;
  • +в) брюшной нервной цепочкой;
  • г) брюшной и спинной нервными цепочками.
  1. Главным компонентом ядра являются:

  • а) митохондрии;
  • +б) хромосомы;
  • в) рибосомы;
  • г) лейкопласты.

Часть II

Вам предлагаются тестовые задания с одним вариантом ответа из четырех возможных, но требующих предварительного множественного выбора.

Максимальное количество баллов, которое можно набрать – 10 (по 2 балла за каждое тестовое задание).

1. Признаки, характерные для голосеменных:

  • I. В цикле развития преобладает спорофит. +
  • II. Хорошо размножаются вегетативным способом.
  • III. Эндосперм гаплоидный.+
  • IV. Эндосперм диплоидный.
  • V. Деревья, кустарники и травянистые растения.
  1. а) II, IV,;
  2. б) I, III;+
  3. в) I, II;
  4. г) IV, V.

2. Для проводящих клеток ксилемы характерны:

  • I. Крупные вакуоли.
  • II. Отсутствие цитоплазмы.+
  • III. Наличие перфораций в клеточных стенках. +
  • IV. Утолщенные клеточные стенки. +
  • V. Многоядерность.
  1. а) II, III, IV;+
  2. б) I, II, IV;
  3. в) III, IV, V;
  4. г) I, III, IV.

3. Представителей типа хордовые характеризуют:

  • I. Трехслойность;+
  • II. Вторичная полость тела;+
  • III. Вторичный рот;+
  • IV. Двусторонняя симметрия;+
  • V. Отсутствие внутреннего скелета.
  1. а) I, III, IV, V;
  2. б) I, II, III, V;
  3. в) I, II, IV, V;
  4. г) I, II, III, IV.+

4. Спорами размножаются:

  • I. Сенная палочка:
  • II. Улотрикс: +
  • III. Мукор: +
  • IV. Сальвиния; +
  • V. Хара;+
  1. а) I, II, III, IV;
  2. б) II, III, IV;
  3. в) I, II, IV;
  4. г) II, III, IV, V.+

5. Гипофиз:

  • I. Состоит из одной доли.
  • II. Состоит из нескольких долей.+
  • III. Не связан с таламусом.+
  • IV.Не связан с гипоталамусом.
  • V. Состоит из нервной и железистой тканей.+
  1. а) I, II, III, IV;
  2. б) III, IV, V;
  3. в) II, III, V; +
  4. г) II, IV, V.

Часть IV

Вам предлагаются тестовые задания, требующие установления соответствия.

Максимальное количество баллов, которое можно набрать – 2,5.

Соотнесите различные названия плодов растений (1–5) с их родовыми названиями (А–Д):

1 – Яблоко А) Арбуз
2 – Ягода Б) Лунарий
3 – Боб В) Карагада
4 – Стручок Г) Боярышник
5 – Тыквина Д) Крыжовник

Ответы:

Названия плодов 1 2 3 4 5
Род растений Г Д В Б А

Бинарное деление — процесс воспроизводства новых клеток у прокариот, которые генетически идентичны родительской клетке. Прокариоты, такие как бактерии, распространяются путем двойного деления. Для одноклеточных организмов деление является единственным методом, используемым для производства новых клеток. Как у прокариотических, так и эукариотических клетках результатом деления клеток является образование дочерних клеток, которые генетически идентичны родительской клетке. В одноклеточных организмах дочерние клетки являются индивидуумами.

Из-за относительной простоты прокариот, процесс деления клеток или бинарное деление считается менее сложным и гораздо более быстрым процессом, чем воспроизводство клеток у эукариот. Одиночная круговая хромосомная ДНК бактерий не заключена в ядро, а вместо этого занимает конкретное место (нуклеоид) внутри клетки.

Хотя ДНК нуклеоида ассоциируется с белками, помогающими упаковывать молекулу в компактный размер, гистоны и нуклеосомы у прокариот отсутствует. Однако упаковочные белки бактерий связаны с белками когезин и конденсин, участвующими в уплотнении хромосом эукариот.

Бактериальная хромосома прикрепляется к плазматической мембране примерно в середине клетки. Начальная точка репликации близка к месту связывания хромосомы на клеточной мембране. Репликация ДНК двунаправленная, то есть она одновременно перемещается от изначального места расположения на обеих нитях. Когда образуются новые двойные нити, каждая точка происхождения удаляется от прикрепления клеточной стенки к противоположным концам клетки.

По мере удлинения клетки растущая мембрана помогает в переносе хромосом. После того как хромосомы очистили середину удлиненной клетки, начинается цитоплазматическое разделение. Образование кольца, состоящего из повторяющихся звеньев белка FtsZ, направляет разделение между нуклеоидами. Формирование кольца FtsZ вызывает накопление других белков, которые работают вместе, чтобы образовать материалы мембран и клеточных стенок. Между нуклеоидами образуется перегородка, постепенно распространяющаяся от периферии к центру клетки. Когда новые клеточные стенки находятся на своих местах, дочерние клетки разделяются.

Точный выбор времени и формирование митотического веретена имеет решающее значение для успеха деления эукариотических клеток. Прокариотические клетки, с другой стороны, не подвергаются митозу и, следовательно, не нуждаются в веретене деления. Однако белок FtsZ, который играет ​​важную роль в прокариотическом цитокинезе, структурно и функционально очень похож на тубулин, строительный белок микротрубочек, которые составляют веретено деления у эукариот.

Белки FtsZ могут образовывать нити, кольца и другие трехмерные структуры, подобные тубулину, который образует микротрубочки, центриоли и различные цитоскелетные компоненты. Кроме того, как FtsZ, так и тубулин используют один и тот же источник энергии (гуанозинтрифосфат), чтобы быстро собирать и разбирать сложные структуры. Хотя оба белка встречаются в современных организмах, тубулин развился и диверсифицировался в процессе эволюции из прокариотического FtsZ.

Ключевые моменты бинарного деления:

  • При репликации бактериальное ДНК прикрепляется к плазматической мембране примерно в середине клетки.
  • Происхождение или исходная точка репликации бактерий находится близко к месту связывания ДНК с плазматической мембраной.
  • Репликация бактериальной ДНК двунаправленная, а это означает, что она одновременно удаляется от начального координат на обеих нитях.
  • Формирование кольца FtsZ, состоящего из повторяющихся звеньев белка, которые вызывает накопление других белков, работающих вместе, чтобы сформировать и переместить на поверхность новые материалы плазматических мембран и клеточных стенок.
  • Когда новые клеточные стенки находятся на своих местах, из-за образования перегородки, дочерние клетки разделяются на две отдельные клетки.

Дашков Максим Леонидович, репетитор по биологии в Минске

1. Какие способы деления характерны для клеток эукариот? Для прокариотических клеток?

Митоз, амитоз, простое бинарное деление, мейоз.

Для клеток эукариот характерны следующие способы деления: митоз, амитоз, мейоз.

Для прокариотических клеток характерно простое бинарное деление.

2. Что представляет собой простое бинарное деление?

Простое бинарное деление характерно только для клеток прокариот. Бактериальные клетки содержат одну хромосому – кольцевую молекулу ДНК. Перед делением клетки происходит репликация и образуются две одинаковые молекулы ДНК, каждая из них прикреплена к цитоплазматической мембране. Во время деления плазмалемма врастает между двумя молекулами ДНК таким образом, что в итоге разделяет клетку надвое. В каждой образовавшейся клетке оказывается по одной идентичной молекуле ДНК.

3. Что такое митоз? Охарактеризуйте фазы митоза.

Митоз – основной способ деления эукариотических клеток, в результате которого из одной материнской клетки образуются две дочерние с таким же набором хромосом. Для удобства митоз подразделяют на четыре фазы:

● Профаза. В клетке увеличивается объём ядра, начинает спирализоваться хроматин, в результате чего формируются хромосомы. Каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид, соединённых в области центромеры (в диплоидной клетке – набор 2n4c). Растворяются ядрышки, распадается ядерная оболочка. Хромосомы оказываются в гиалоплазме и располагаются в ней беспорядочно (хаотически). Центриоли попарно расходятся к полюсам клетки, где инициируют образование микротрубочек веретена деления. Часть нитей веретена деления идёт от полюса к полюсу, другие нити прикрепляются к центромерам хромосом и способствуют их перемещению в экваториальную плоскость клетки. В клетках большинства растений центриоли отсутствуют. В этом случае центрами образования микротрубочек веретена деления являются особые структуры, состоящие из мелких вакуолей.

● Метафаза. Завершается формирование веретена деления. Хромосомы достигают максимальной спирализации и располагаются упорядоченно в экваториальной плоскости клетки. Образуется так называемая метафазная пластинка, состоящая из двухроматидных хромосом.

● Анафаза. Нити веретена деления укорачиваются, в результате чего сестринские хроматиды каждой хромосомы отделяются друг от друга и растягиваются к противоположным полюсам клетки. С этого момента разошедшиеся хроматиды называются дочерними хромосомами. У полюсов клетки оказывается одинаковый генетический материал (у каждого полюса – 2n2c).

● Телофаза. Дочерние хромосомы деспирализуются (раскручиваются) у полюсов клетки с образованием хроматина. Вокруг ядерного материала каждого полюса формируются ядерные оболочки. В двух образовавшихся ядрах возникают ядрышки. Нити веретена деления разрушаются. На этом деление ядра заканчивается, и начинается разделение клетки надвое. У клеток животных в экваториальной плоскости возникает кольцевая перетяжка, которая углубляется до тех пор, пока не произойдёт разделение двух дочерних клеток. Клетки растений не могут делиться перетяжкой, т.к. имеют жёсткую клеточную стенку. В экваториальной плоскости растительной клетки из содержимого пузырьков комплекса Гольджи образуется так называемая срединная пластинка, которая и разделяет две дочерние клетки.

4. Благодаря чему дочерние клетки в результате митоза получают идентичную наследственную информацию? В чём заключается биологическое значение митоза?

В метафазе в экваториальной плоскости клетки находятся двухроматидные хромосомы. Молекулы ДНК в составе сестринских хроматид идентичны друг другу, т.к. образовались в результате репликации исходной материнской молекулы ДНК (это произошло в S-периоде интерфазы, предшествующей митозу).

В анафазе с помощью нитей веретена деления сестринские хроматиды каждой хромосомы отделяются друг от друга и растягиваются к противоположным полюсам клетки. Таким образом, у двух полюсов клетки оказывается одинаковый генетический материал (2n2c у каждого полюса), который по завершении митоза становится генетическим материалом двух дочерних клеток.

Биологическое значение митоза заключается в том, что он обеспечивает передачу наследственных признаков и свойств в ряду поколений клеток. Это необходимо для нормального развития многоклеточного организма. Благодаря точному и равномерному распределению хромосом при митозе все клетки организма генетически идентичны. Митоз обусловливает рост и развитие организмов, восстановление повреждённых тканей и органов (регенерацию). Митотическое деление клеток лежит в основе бесполого размножения многих организмов.

5. Количество хромосом — n, хроматид — с. Каким будет соотношение n и с для соматических клеток человека в следующих периодах интерфазы и митоза. Установите соответствие:

1) G1-период

2) G2-период

3) Профаза

4) Метафаза

5) У каждого полюса клетки в конце анафазы

6) В каждой дочерней клетке в конце телофазы

А) n = 23, c = 23

Б) n = 23, c = 46

В) n = 46, c = 46

Г) n = 46, c = 92

1) В G1-периоде каждая хромосома состоит из одной хроматиды, т.е. соматические клетки содержат набор 2n2с, что для человека составляет 46 хромосом, 46 хроматид.

2) В G2-периоде каждая хромосома состоит из двух хроматид, т.е. соматические клетки содержат набор 2n4с (46 хромосом, 92 хроматиды).

3) В профазе митоза набор хромосом и хроматид – 2n4c, (46 хромосом, 92 хроматиды).

4) В метафазе митоза набор хромосом и хроматид – 2n4c (46 хромосом, 92 хроматиды).

5) В конце анафазы митоза вследствие отделения сестринских хроматид друг от друга и их расхождения к противоположным полюсам клетки, у каждого полюса оказывается набор 2n2с (46 хромосом, 46 хроматид).

6) В конце телофазы митоза формируются две дочерние клетки, каждая содержит набор 2n2c (46 хромосом, 46 хроматид).

Ответ: 1 – В, 2 – Г, 3 – Г, 4 – Г, 5 – В, 6 – В.

6. Чем амитоз отличается от митоза? Как вы думаете, почему амитоз называют прямым делением клетки, а митоз — непрямым?

В отличие от митоза при амитозе:

● Происходит деление ядра перетяжкой без спирализации хроматина и образования веретена деления, отсутствуют все четыре фазы, характерные для митоза.

● Наследственный материал распределяется между дочерними ядрами неравномерно, случайным образом.

● Часто наблюдается только деление ядра без дальнейшего разделения клетки на две дочерние. В этом случае возникают двуядерные и даже многоядерные клетки.

● Дочерние клетки оказываются неспособными пройти нормальный клеточный цикл и в итоге поделиться путём митоза.

● Затрачивается меньше энергии.

Митоз называют непрямым делением, т.к. по сравнению с амитозом он представляет собой достаточно сложный и точный процесс, состоящий из четырёх фаз и требующий предварительной подготовки (репликации, удвоения центриолей, запасания энергии, синтеза специальных белков и т.д.). При прямом (т.е. простом, примитивном) делении – амитозе ядро клетки без какой-либо специальной подготовки быстро делится перетяжкой, и наследственный материал случайным образом распределяется между дочерними ядрами.

7. В ядре неделящейся клетки наследственный материал (ДНК) находится в виде аморфного рассредоточенного вещества — хроматина. Перед делением хроматин спирализуется и образует компактные структуры — хромосомы, а после деления возвращается в исходное состояние. Для чего клетки совершают такие сложные видоизменения своего наследственного материала?

ДНК в составе аморфного и рассредоточенного хроматина при делении было бы невозможно точно и равномерно распределить между дочерними клетками (именно такая картина и наблюдается при амитозе – наследственный материал распределяется неравномерно, случайным образом).

С другой стороны, если бы клеточная ДНК всегда находилась в компактизированном состоянии (т.е. в составе спирализованных хромосом), с неё было бы невозможно считывать всю необходимую информацию.

Поэтому клетка в начале деления переводит ДНК в максимально компактное состояние, а после завершения деления возвращает в исходное, удобное для считывания.

8*. Установлено, что у дневных животных максимальная митотическая активность клеток наблюдается вечером, а минимальная — днём. У животных, ведущих ночной образ жизни, клетки наиболее интенсивно делятся утром, ночью же митотическая активность ослаблена. Как вы думаете, с чем это связано?

Дневные животные активны в светлое время суток. Днём они затрачивают много энергии на передвижение и поиск пищи, при этом их клетки быстрее «изнашиваются» и чаще погибают. Вечером, когда организм переварил пищу, усвоил питательные вещества и накопил достаточное количество энергии, активизируются процессы регенерации и, прежде всего, митоз. Соответственно, у ночных животных максимальная митотическая активность клеток наблюдается утром, когда их организм отдыхает после активного ночного периода.

* Задания, отмеченные звёздочкой, предполагают выдвижение учащимися различных гипотез. Поэтому при выставлении отметки учителю следует ориентироваться не только на ответ, приведённый здесь, а принимать во внимание каждую гипотезу, оценивая биологическое мышление учащихся, логику их рассуждений, оригинальность идей и т. д. После этого целесообразно ознакомить учащихся с приведённым ответом.

Дашков М.Л.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *