Совокупность хромосом, содержащихся в ядре, называется хромосомным набором. Число хромосом в клетке и их форма постоянны для каждого вида живых организмов.
Соматические клетки (тела) диплоидны (содержат двойной набор хромосом). В этих клетках хромосомы представлены парами. Хромосомы, принадлежащие к одной паре, называются гомологичными. Хромосомы разных пар отличаются друг от друга размерами, формой, местами расположения первичных (центромеры) и вторичных перетяжек.
Половые клетки гаплоидны (содержат одинарный набор хромосом). В этих клетках хромосомы представлены в единственном числе и не имеют пары в виде гомологичной хромосомы.
Клеточный цикл (жизненный цикл клетки) - существование клетки от момента ее возникновения (в результате деления материнской клетки) до ее собственного деления или смерти. Продолжительность клеточного цикла зависит от типа клетки, ее функционального состояния и условий среды. Клеточный цикл включает митотический цикл и период покоя (см. рисунок 8 в приложении).
В период покоя (G0) клетка выполняет свойственные ей функции и выбирает дальнейшую судьбу - погибает, либо возвращается в митотический цикл. В непрерывно размножающихся клетках клеточный цикл совпадает с митотическим циклом, а период покоя отсутствует.
Митотический цикл состоит их четырех периодов: пресинтетического
постмитотического — G1 синтетического — S, постсинтетического (премитотического) - и2, митоза - M. Первые три периода - это подготовка клетки к делению (интерфаза), четвертый период - самоделение (митоз).
Интерфаза - подготовка клетки к делению - состоит из трех периодов. В первый период (Gj) увеличивается объем цитоплазмы и количество органелл, происходит рост клетки после предыдущего деления. Во второй период (S) происходит удвоение генетического материала (репликация ДНК), синтез белковых молекул, с которыми связывается ДНК, и превращение каждой хромосомы в две хроматиды. В третий период (G2) усиливаются процессы биосинтеза, происходит деление митохондрий и хлоропластов, удваиваются центриоли.
Основойразмножения и индивидуального развития организмов является деление клетки. Описано три способа деления эукариотических клеток:
Амитоз - редкий способ деления клетки, характерный для стареющих или опухолевых клеток. При амитозе ядро делится путем перетяжки и равномерное распределение наследственного материала не обеспечивается. После амитоза клетка не способна вступать в митотическое деление.
Митоз - тип клеточного деления, в результате которого дочерние клетки получают генетический материал, идентичный тому, который содержался в материнской клетке. Митоз состоит из четырех фаз.
Профаза (первая фаза митоза). Хромосомы спирализуются, центриоли (у животных клеток) расходятся к полюсам клетки, распадается ядерная оболочка, исчезают ядрышки и начинает формироваться веретено деления.
Метафаза (вторая фаза митоза). Хромосомы, состоящие из двух хроматид, прикрепляются своими центромерами (первичными перетяжками) к нитям веретена деления. При этом все они располагаются в экваториальной плоскости. Эта структура называется метафазной пластинкой.
Анафаза (третья фаза митоза). Каждая центромера делится и нити веретена деления растягивают отделившиеся друг от друга хроматиды к противоположным полюсам. Разделенные к полюсам хроматиды называются дочерними хромосомами.
Телофаза (четвертая фаза митоза). Дочерние хромосомы достигают полюсов клетки, деспирализуются, нити веретена деления разрушаются, вокруг хромосом образуется ядерная оболочка, ядрышки восстанавливаются. Два образовавшихся ядра генетически идентичны. После этого следует цитокинез (деление цитоплазмы), в результате которого образуются две дочерние клетки. Органоиды распределяются между ними более или менее равномерно (см. рисунки 9а, 96 вприложении).
Биологическое значение митоза. В результате митоза: достигается генетическая стабильность, увеличивается число клеток в организме, происходит рост организма, возможны явления регенерации и бесполого размножения у некоторых организмов.
Мейоз - тип клеточного деления, сопровождающийся редукцией числа хромосом. В результате из первично диплоидных клеток образуются гаплоидные. В ходе мейоза происходит два клеточных деления, причем удвоение числа хромосом происходит только перед первым делением. Таким образом, из одной диплоидной клетки делящейся мейотически, образуется четыре гаплоидных.
Как и митоз, каждое из мейотических делений состоит из четырех фаз.
Профаза 1. (профаза первого мейотичес- кого деления). Происходят процессы, аналогичные процессам профазы митоза. Кроме того, гомологичные хромосомы, представленные двумя хроматидами, сближаются и «слипаются» друг с другом. Этот процесс называется конъюгацией. При этом происходит обмен участков гомологичных хромосом - кроссинговер (перекрест хромосом), то есть обмен наследственной информацией. После конъюгации гомологичные хромосомы отделяются друг от друга.
Метафаза I. Происходят процессы, аналогичные процессам метафазы митоза.
Анафаза . В отличие от анафазы митоза центромеры не делятся и к полюсам клетки отходят не по одной хроматиде от каждой хромосомы, а по одной хромосоме, состоящей из двух хроматид, скрепленной общей центромерой.
Телофаза I. Образуются две клетки с гаплоидным набором.
После завершения первого мейотичес- кого деления следует короткая интерфаза второго мейотического деления. Причем на этой стадии репликации (удвоения) ДНК не происходит и следовательно, диплоидность не восстанавливается.
Процессы, протекающие в профазе II, метафазе II, анафазе II и телофазе II аналогичны процессам происходящим во время митоза.
Таким образом, в результате мейоза из одной диплоидной клетки, делящейся мейотически, образуется четыре гаплоидных (см. рисунки 10а, 106 в приложении).
Биологическое значение мейоза. Мейоз служит основой полового размножения и комбинативной изменчивости организмов.