7.1: Вступ

Вступ: Клітинний цикл і мітоз

Клітинний цикл відноситься до ряду подій, які описують обмінні процеси росту і реплікації клітин. Основна частина клітинного циклу проводиться в «живій фазі», відомій як інтерфаза. Інтерфаза додатково розбивається на 3 різні фази: G ₁ (Gap 1), S (синтез) і G ₂ (Gap 2). G ₁ - фаза росту, коли клітина накопичує ресурси, щоб жити і рости. Після досягнення певного розміру та накопичення достатньої кількості сировини досягається контрольний пункт, де клітина використовує біохімічні маркери, щоб вирішити, чи слід вводити наступну фазу. Якщо клітина знаходиться в середовищі з достатньою кількістю поживних речовин у навколишньому середовищі, достатньо місця і досягнувши відповідного розміру, клітина увійде в S-фазу. S фаза - це коли метаболізм зміщується в бік реплікації (або синтезу) генетичного матеріалу. Під час S-фази кількість ДНК в ядрі подвоюється і копіюється точно під час підготовки до поділу. Хромосоми на кінці G ₁ складаються з одного хроматида. В кінці S-фази кожна хромосома складається з двох однакових сестринських хроматидів, з'єднаних в центромере. Коли синтез ДНК завершується, клітина продовжує переходити до другої фази росту, яка називається G ₂. Ще одна контрольна точка відбувається в кінці G ₂, щоб забезпечити вірність реплікованої ДНК та відновити успіх здатності клітини ділитися в навколишньому середовищі. Якщо умови сприятливі, клітина продовжує переходити до мітозу.

Еукаріотичний клітинний цикл регулюється експресією циклінових білків разом з їх активністю. Кредит: Джеремі Сето (CC-BY-SA)

Клітини ссавців в культурі проходять клітинний цикл. Зелені маркерні білки, виражені під час фази G1. Червоні маркерні білки виражаються під час S/G2/M, під час переходу G1 до S флуоресценція зникає, оскільки білки маркерів також переходять у експресії.

Мітоз - це процес ядерного поділу, який використовується спільно з цитокінезом для отримання 2 однакових дочірніх клітин. Цитокінез - це власне поділ цих двох клітин, укладених у власні клітинні мембрани. Одноклітинні організми використовують цей процес поділу для того, щоб розмножуватися безстатевим шляхом. Прокаріотичним організмам не вистачає ядра, тому вони проходять інший процес, який називається бінарним діленням. Багатоклітинні еукаріоти піддаються мітозу для відновлення тканин і для росту. Процес мітозу - це лише короткий період тривалості життя клітин. Мітоз традиційно ділиться на чотири стадії: профазу, метафазу, анафазу і телофазу. Фактичні події мітозу не є стриманими, а відбуваються в безперервній послідовності - поділ мітозу на чотири етапи просто зручний для нашого обговорення та організації. Під час цих етапів синтезуються важливі клітинні структури і виконують механіку мітозу. Наприклад, в клітині тварин реплікуються два мікротрубочки організуючих центри, звані центриолями. Пари центриолей розсуваються і утворюють між ними вісь білкових мікротрубочок, званих шпиндельними волокнами . Ці шпиндельні волокна діють як двигуни, які тягнуть за центромери хромосом і розділяють сестринські хроматиди на знову визнані хромосоми. Шпинделі також натискають один на одного, щоб розтягнути клітину при підготовці до утворення двох нових ядер і окремих клітин. У клітині тварин скоротливе кільце актинових волокон смикається навколо середньої лінії клітини для координації цитокінезу. Таке защемлення клітинної мембрани створює структуру, звану розщепленням борозни. Зрештою, защемлення мембрани повністю розділяється на дві дочірні клітини. Рослинні клітини вимагають виробництва нового матеріалу клітинної стінки між дочірніми клітинами. Замість розщепленої борозни дві клітини розділені серією бульбашок, отриманих від Гольджі. Ці бульбашки зливаються разом уздовж середньої лінії і одночасно виділяють целюлозу в простір між двома клітинами. Цей ряд везикул називається клітинної пластинкою.

Огляд мітозу

• Огляд Академії Хана
• Mitosis флеш-карти огляд
• Огляд послідовності мітозу

Двійковий поділ

Мітоз відноситься до ядерного поділу, яке трапляється збігатися з цитокінезом. Прокаріоти не мають ядер, тому не піддаються процесу мітозу. Замість цього прокаріоти проходять процес бінарного ділення. Зростання нових мембран під час клітинного росту і розширення в прокаріот відбувається за 2 механізмами: 1) по центру клітини або 2) апічно.

Хромосома прокаріотів організована в круговій формі. Механізм, який називається моделлю кочення кола, описує реплікацію хромосоми, яка супроводжує двійкове поділ. Це також механізм, який використовується екстрахромосомною ДНК, яка називається плазмідами.

Введення: Мейоз

Мейоз - це процес ядерного поділу, який зменшує кількість хромосом в одержуваних клітині вдвічі. Таким чином, мейоз іноді називають «редукційним поділом». Для багатьох організмів отримані клітини стають спеціалізованими «статевими клітинами» або гаметами. У організмах, які розмножуються статевим шляхом, хромосоми, як правило, диплоїдні (2N) або зустрічаються у вигляді подвійних наборів (гомологічних пар) у кожному ядрі. Кожен гомолог пари має однакові ділянки або локуси для одних і тих же генів. Ви можете визнати, що у вас є один набір хромосом від вашої матері, а решта - від вашого батька. Мейоз знижує кількість хромосом до гаплоїдного (1N) або одиничного набору. Це скорочення є значним, оскільки клітина з гаплоїдним числом хромосом може злитися з іншою гаплоїдної клітиною під час статевого розмноження і відновити початкове, диплоїдне число хромосом нової особини. Крім зменшення кількості хромосом, мейоз перемішує генетичний матеріал так, що кожна отримана клітина несе в собі новий і унікальний набір генів в процесі самостійного асортименту.

Як і при мітозі, мейозу передує реплікація кожної хромосоми з утворенням двох хроматидів, прикріплених до центромера. Однак зменшення хромосомного числа і вироблення нових генетичних комбінацій є наслідком двох подій, які не відбуваються при мітозі. По-перше, мейоз включає два раунди поділу хромосом. Хромосоми тиражуються перед першим раундом, але не перед другим раундом. Таким чином, генетичний матеріал тиражується один раз і ділиться двічі. При цьому виробляється половина початкового числа хромосом.

Перетин між хроматидами гомологічних хромосом збільшує генетичну різноманітність під час мейозу I. синапсис виникає під час профази I, коли гомологічні хромосоми починають парюватися. Кредит: Джеремі Сето (CC-BY-NC-SA)

По-друге, під час ранньої стадії мейозу кожна хромосома (складається з двох хроматидів) пари вздовж своєї довжини зі своїм гомологом. Це спарювання гомологічних хромосом призводить до фізичного дотику, який називається синапсисом, під час якого чотири хроматиди (тетрада) обмінюються різними сегментами генетичного матеріалу. Цей обмін генетичним матеріалом називається кросінг-овером і виробляє нові генетичні комбінації. Під час кросинг-оверу не відбувається посилення або втрати генетичного матеріалу. Але згодом кожна хроматида хромосом містить різні сегменти (алелі), які обмінюються з іншими хроматидами.

Етапи і події мейозу

Стадії мейозу. Кредит: Алі Зіфан (CC-BY 4.0)

Хоча мейоз є безперервним процесом, ми можемо вивчити його легше, розділивши його на стадії так само, як ми це робили для мітозу. Дійсно, мейоз і мітоз схожі, і відповідні їм стадії профази, метафази, анафази, телофази мають багато спільного. Однак мейоз довший, ніж мітоз, оскільки мейоз включає два ядерних поділу замість одного. Ці два поділи називаються Мейоз I і Мейоз II. Число хромосом зменшується (редукційний поділ) під час Мейозу I, а хроматиди, що входять до складу кожної хромосоми, відокремлюються при Мейозі II. Кожен поділ включає події профази, метафази, анафази та телофази.

Розширений відеоогляд мейозу

 

Оогенез

сперматогенез

Запліднення

Резюме поділу клітин
	Мітоз	Мейоз
Кількість комірок на початку
Кількість клітинок в кінці
Кількість поділів клітин
Число хромосоми (N)	Початок: ______ Кінець: ______	Початок: ______ Кінець: ______
Кількість хромосом у клітині на початку процесу (клітина людини)
Кількість хромосом в клітині в кінці процесу (клітина людини).
Дочірні клітини (N або 2N)
Дочірня клітинна генетика (ідентична або неідентична)
Мета дивізіону