📘 CodingMarble Learn

Клеточный цикл и деление клетки

Клетка растёт, удваивает свою ДНК и делится в строгом порядке, который называют клеточным циклом: интерфаза (G1, S, G2) и фаза M. В S-периоде ДНК удваивается (2C → 4C), но число хромосом не меняется. Митоз (профаза, метафаза, анафаза, телофаза) и цитокинез дают две клетки, точные копии материнской, – это эквационное деление, нужное для роста и восстановления. Мейоз состоит из двух делений; в мейозе I гомологичные хромосомы образуют пары, обмениваются участками (кроссинговер) и расходятся, поэтому число хромосом уменьшается вдвое (2n → n). Получаются четыре гаплоидные клетки для гамет, и возникает разнообразие.

🎬 История по шагам

  1. Клеточный цикл похож на часы: G1 (рост), S (копирование ДНК), G2 (подготовка), M (деление). Нажми на каждую фазу – M самая короткая долька. G0 – это боковая комната.
  2. S-период вблизи: нажми «Копировать ДНК». Каждая хромосома становится двумя сестринскими хроматидами. Хромосом по-прежнему 4, а ДНК удваивается: с 2C до 4C.
  3. Митоз в четыре стадии. Нажимай по порядку: хромосомы становятся видны, выстраиваются посередине, расходятся, и образуются два новых ядра.
  4. Деление цитоплазмы: животная клетка перетягивается снаружи внутрь, а растительная строит клеточную пластинку от центра к краям.
  5. Мейоз I: похожие хромосомы встают в пары, обмениваются кусочками (кроссинговер), держатся вместе в хиазмах, потом пары целиком расходятся. Число хромосом уменьшается вдвое.
  6. Свободная игра: задай 2n и выбери митоз или мейоз. Сосчитай новые клетки и хромосомы в каждой из них.

Совет: тяни 3D-сцену, чтобы повернуть её. Двумя пальцами можно приблизить.

🤔 Частые сомнения — разобраны

Почему интерфаза – не период покоя?

В G1, S и G2 клетка растёт, производит белки и копирует всю свою ДНК. Неподвижной она кажется только под микроскопом, потому что хромосомы ещё не видны.

Если ДНК в S-периоде удваивается, почему число хромосом не удваивается?

Каждая хромосома делает свою точную копию, и копия остаётся прикреплённой к той же центромере. Хромосомы считают по центромерам, поэтому их число остаётся 2n, а ДНК становится 4C.

Почему метафаза – лучшая стадия, чтобы считать хромосомы?

Хромосомы в ней максимально скручены и самые толстые, и все лежат в одной плоскости на экваторе, поэтому каждую легко увидеть и сосчитать.

Почему растительная клетка не может делиться, образуя борозду?

Её жёсткая целлюлозная стенка не может втянуться внутрь. Поэтому она строит новую стенку из середины к краям (клеточная пластинка).

Чем отличается синапсис от кроссинговера?

Синапсис (зиготена) – это только образование пары из гомологичных хромосом. Кроссинговер (пахитена) – это настоящий обмен участками между несестринскими хроматидами этой пары.

Почему для мейоза нужны два деления?

Мейоз I разделяет гомологичные пары (число хромосом уменьшается вдвое), но в каждой хромосоме всё ещё две хроматиды. Мейоз II разделяет эти хроматиды, и каждая из 4 клеток получает одиночные хромосомы.

Клеточный цикл

Клеточный цикл – это последовательность событий, в ходе которых клетка копирует свой геном, создаёт остальные части и делится на две дочерние клетки. Копирование ДНК идёт только в одной фазе, а рост клетки продолжается всё время. Обычная клетка человека в культуре делится примерно раз в 24 часа, а дрожжи – примерно за 90 минут.

Две главные фазы

G0 – состояние покоя

Некоторые клетки перестают делиться (например, клетки сердца у взрослого) и выходят из G1 в G0. Они живут и работают, но не делятся, пока это не понадобится. У животных митозом делятся только диплоидные клетки тела (соматические), а у растений митоз возможен и в гаплоидных, и в диплоидных клетках.

Митоз: эквационное деление

При митозе число хромосом в дочерних клетках такое же, как в материнской, поэтому его называют эквационным делением. Стадии:

Цитокинез

В животной клетке на мембране появляется борозда и углубляется, пока клетка не перетянется на две. В растительной клетке стенка не может перетянуться, поэтому в центре образуется клеточная пластинка и растёт к боковым стенкам; из неё получается срединная пластинка. Органоиды, например митохондрии и пластиды, делятся между двумя клетками. Если за кариокинезом не следует цитокинез, получается многоядерная клетка – симпласт (синцитий), например жидкий эндосперм кокоса.

Мейоз: редукционное деление

Мейоз идёт в диплоидных клетках, которые дадут гаметы (а у растений – споры). Он состоит из двух делений (мейоз I и мейоз II), но ДНК копируется только один раз. Итог: четыре гаплоидные (n) клетки.

Мейоз I

Мейоз II

Очень похож на митоз: профаза II, метафаза II (хромосомы на экваторе), анафаза II (центромеры делятся, сестринские хроматиды расходятся), телофаза II. Итог: тетрада из четырёх гаплоидных клеток.

Митоз и мейоз: сравнение

МитозМейоз
Одно делениеДва деления
2 дочерние клетки4 дочерние клетки
2n → 2n (эквационное)2n → n (редукционное в мейозе I)
Нет пар хромосом, нет кроссинговераСинапсис и кроссинговер в профазе I
Дочерние клетки такие же, как материнскаяДочерние клетки разные (разнообразие)
Клетки тела (соматические)Клетки, образующие гаметы или споры

Число хромосом и ДНК в ходе цикла

Правило: число хромосом = число центромер. «C» – это количество ДНК в гаплоидном наборе до копирования.

СтадияХромосомыДНК
G12n2C
После S, G2, профаза, метафаза2n (в каждой 2 хроматиды)4C
Анафаза митоза (во всей клетке)4n (хроматиды уже разошлись)4C
Каждая дочерняя клетка после митоза2n2C
Каждая клетка после мейоза In (в каждой 2 хроматиды)2C
Каждая клетка после мейоза IInC

Значение митоза и мейоза

Митоз

Мейоз

Попробуй сам: считаем хромосомы как биологи

Возьми 4 длинных и 4 коротких кусочка шерсти или проволоки для поделок – двух цветов: один для «мамы», другой для «папы». Каждая пара (одна длинная красная + одна длинная синяя) – гомологичная пара, значит 2n = 4. Разыграй митоз: положи рядом с каждым кусочком его копию (S-период), выстрой всё в линию, растащи копии в стороны – в каждой новой «клетке» насчитаешь 4. Теперь разыграй мейоз: поставь длинную с длинной и короткую с короткой, обменяй маленький кусочек шерсти (кроссинговер), растащи пары целиком, потом раздели ещё раз – в каждой из 4 клеток будет по 2. Проверь ответ ползунком на шаге 6 в 3D.

Главные формулы и определения

Разобранные примеры

1. В растительной клетке в G1 2n = 16. Укажи число хромосом и количество ДНК (ДНК в G1 = 2C) (а) в G2, (б) в каждой дочерней клетке после митоза.

(а) G2: ДНК скопирована, значит 4C; хромосом по-прежнему 16 (в каждой 2 хроматиды). (б) В каждой дочерней клетке: 16 хромосом, 2C.

2. Клетка с 2n = 24 проходит мейоз. Сколько хромосом в каждой клетке после мейоза I и после мейоза II?

Мейоз I уменьшает число вдвое: 12 (в каждой 2 хроматиды). Мейоз II разделяет хроматиды, но число не меняется: по 12 в каждой из 4 клеток.

3. Сколько бивалентов образуется в профазе I в клетке человека (2n = 46)? Сколько это хроматид?

Бивалентов = n = 23. В каждом 4 хроматиды, значит 23 × 4 = 92 хроматиды.

4. Одна клетка делится митозом 5 раз подряд (все дочерние клетки делятся каждый раз). Сколько получится клеток?

Каждое деление удваивает число клеток: 2⁵ = 32 клетки.

5. Сколько мейотических делений нужно, чтобы получить 100 пыльцевых зёрен? (Один мейоз даёт 4.)

100 ÷ 4 = 25 мейотических делений (25 мейоцитов).

6. Клеточный цикл длится 24 часа. На препарате из 100 делящихся клеток 4 находятся в фазе M. Оцени, сколько длится фаза M.

Доля клеток в фазе ≈ доле времени, проведённого в ней: 4/100 × 24 ч = 0.96 ч ≈ 1 час.

Частые ошибки

Тренировочный тест

1. В какой фазе копируется ДНК?
2. Хромосомы выстраиваются на экваторе в:
3. Кроссинговер происходит в:
4. Клетки, которые перестают делиться, переходят в:
5. Мейоз в клетке с 2n = 20 даёт:

Практика: отвечай сам

Введи или выбери ответ и нажми «Проверить». Если застрял, возьми подсказку; полное решение появится после ответа.

Частые вопросы

Какие фазы у клеточного цикла?

Интерфаза (G1, S, G2) и фаза M (митоз + цитокинез). Клетки, которые перестали делиться, переходят в G0.

В чём главное отличие митоза от мейоза?

Митоз даёт 2 одинаковые клетки с тем же числом хромосом; мейоз даёт 4 разные клетки с вдвое меньшим числом хромосом.

На какой стадии происходит кроссинговер?

В пахитене профазы I мейоза.

Где это изучают

NetherlandsHAVO 4 (bovenbouw, 2e fase)Reproduction
NetherlandsVWO 4 (bovenbouw, 2e fase)Reproduction (part 1)
PolandLiceum ogólnokształcące, klasa IIV. Cell division
PolandLiceum ogólnokształcące, klasa IIV. Cell division
RomaniaClasa a IX-aThe cell: structural and functional unit of life
Spain4º ESOThe cell
Spain2º BachilleratoCell biology
Ukraine10 класReproduction
Ukraine10 класReproduction and development
CBSE (India)Class 11Cell: Structure and Function
CBSE (India)Class 11Cells and Organisms
England (GCSE, A level)Year 104.1 Cell biology
England (GCSE, A level)Year 123.2 Cells
England (GCSE, A level)Year 123.4 Genetic information, variation and relationships
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 10From molecules to organisms: structures and processes
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 11Cell Communication and Cell Cycle
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 11Heredity
South Korea고등학교 2학년Continuity and diversity of life
South Korea고등학교 3학년Heredity
Germany (Bavaria)Jahrgangsstufe 9Genetics and genetic engineering
Germany (Bavaria)Jahrgangsstufe 12Genetics and genetic engineering
FranceTerminaleGenetics and evolution
Russia10 классCell life cycle
Russia10 классReproduction and development
China高一Comp.1 Ch.6 Cell life cycle
China高一Comp.2 Ch.2 Genes and chromosomes

Сначала изучи

Дальше изучай

Похожие уроки

Все уроки: Biology