Деление клетки — основа размножения и роста организмов. Митоз и интерфаза

Деление клетки — это важнейший биологический процесс, в результате которого из одной материнской клетки образуются дочерние клетки. Деление лежит в основе роста и развития многоклеточных организмов, размножения одноклеточных организмов, обновления тканей и восстановления повреждённых органов.

Благодаря делению клеток обеспечивается непрерывность жизни и передача наследственной информации от одного клеточного поколения к другому.

1. Значение деления клеток

Все живые организмы состоят из клеток. Новые клетки возникают только путём деления уже существующих клеток.

Основные функции клеточного деления:

1. Рост организма. У многоклеточных организмов увеличение числа клеток обеспечивает рост тела.

2. Размножение. У одноклеточных эукариот деление клетки может приводить к образованию новых организмов.

3. Регенерация. Деление клеток позволяет восстанавливать повреждённые ткани и заживлять раны.

4. Обновление клеток. В организме постоянно заменяются старые и погибшие клетки, например клетки кожи и эпителия кишечника.

5. Передача наследственной информации. При делении генетический материал распределяется между дочерними клетками.

У эукариот различают два основных способа деления ядра: митоз и мейоз. Митоз обычно обеспечивает образование генетически одинаковых клеток, а мейоз участвует в половом размножении и приводит к уменьшению числа хромосом вдвое.

2. Клеточный цикл

Клеточный цикл — это период жизни клетки от её образования в результате деления материнской клетки до завершения собственного деления.

Клеточный цикл включает два основных этапа:

• Интерфаза — период роста клетки, выполнения её функций и подготовки к делению.

• М-фаза — период деления, включающий митоз (деление ядра) и обычно цитокинез (разделение цитоплазмы).

Продолжительность клеточного цикла зависит от типа клетки, условий окружающей среды и состояния организма. Например, у некоторых активно делящихся клеток цикл занимает около суток, а специализированные клетки могут долго не делиться.

3. Интерфаза и её периоды

Интерфаза — это период между последовательными делениями клетки, в течение которого клетка растёт, активно осуществляет обмен веществ, удваивает ДНК и подготавливается к митозу.

Интерфаза обычно занимает большую часть клеточного цикла.

Она состоит из трёх основных периодов.

1. Пресинтетический период (G1)

Это период сразу после завершения предыдущего деления.

В это время:

• клетка растёт и увеличивается в размерах;

• активно синтезируются белки и РНК;

• увеличивается количество клеточных структур и органоидов;

• накапливаются вещества и энергия;

• клетка выполняет свои обычные функции.

В конце периода G1 клетка проходит контрольную точку, после которой при благоприятных условиях переходит к удвоению ДНК.

2. Синтетический период (S)

Главное событие этого периода — репликация, или удвоение ДНК.

Каждая хромосома после репликации состоит из двух идентичных сестринских хроматид, соединённых в области центромеры.

При этом число хромосом остаётся прежним, но количество ДНК удваивается.

Удвоение ДНК необходимо для того, чтобы каждая дочерняя клетка получила полный набор наследственной информации.

3. Постсинтетический период (G2)

Это заключительный этап подготовки к делению.

В клетке происходят следующие процессы:

• синтезируются белки, необходимые для митоза;

• накапливается энергия;

• подготавливаются компоненты веретена деления;

• проверяется целостность и полнота удвоения ДНК;

• завершается подготовка клеточных структур к делению.

После завершения G2 клетка переходит в митоз.

Некоторые клетки могут выходить из клеточного цикла в состояние покоя — G0. Например, большинство зрелых нейронов человека обычно не делится.

4. Митоз и его фазы

Митоз — это способ деления ядра эукариотической клетки, при котором образуются два дочерних ядра с одинаковыми наборами хромосом, соответствующими набору материнского ядра.

Митоз обеспечивает точное распределение наследственного материала между дочерними клетками.

Он включает четыре основные фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Между профазой и метафазой часто дополнительно выделяют прометафазу.

Interphase

DNA has been copied before mitosis, but it still remains uncondensed inside one nucleus.

Основные этапы митотического деления клетки, приводящие к формированию двух дочерних клеток.

1. Профаза

Это первая фаза митоза.

В профазе происходят следующие изменения:

• Хроматин спирализуется и уплотняется, образуя хорошо различимые хромосомы.

• Каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид.

• Ядрышко исчезает.

• Начинается формирование веретена деления.

• У животных клеток центросомы расходятся к противоположным полюсам клетки.

К концу профазы хромосомы становятся хорошо заметными под микроскопом.

В последующей прометафазе разрушается ядерная оболочка, а микротрубочки веретена деления прикрепляются к кинетохорам хромосом.

2. Метафаза

В эту фазу хромосомы располагаются в центральной части клетки, образуя метафазную пластинку.

Основные события:

• Хромосомы достигают высокой степени уплотнения.

• Каждая хромосома связана с микротрубочками веретена деления.

• Проверяется правильность прикрепления хромосом к веретену.

Метафаза особенно удобна для изучения числа и формы хромосом.

3. Анафаза

Анафаза — это фаза, в которой происходит разделение сестринских хроматид.

Основные процессы:

• Сестринские хроматиды отделяются друг от друга.

• Каждая отделившаяся хроматида становится самостоятельной дочерней хромосомой.

• Дочерние хромосомы перемещаются к противоположным полюсам клетки.

• Клетка обычно удлиняется.

В результате у каждого полюса формируется одинаковый набор хромосом.

4. Телофаза

Телофаза — заключительная фаза митоза.

В это время:

• Хромосомы достигают противоположных полюсов.

• Хромосомы постепенно деспирализуются.

• Вокруг каждого набора хромосом восстанавливается ядерная оболочка.

• Появляются ядрышки.

• Разрушается митотическое веретено.

В результате образуются два дочерних ядра.

5. Цитокинез

После деления ядра обычно происходит цитокинез — разделение цитоплазмы материнской клетки между двумя дочерними клетками.

У животных клеток цитокинез осуществляется путём образования перетяжки клеточной мембраны, которая постепенно разделяет клетку надвое.

У растительных клеток из-за наличия прочной клеточной стенки перетяжка не образуется. Вместо неё в центральной части клетки формируется клеточная пластинка, из которой впоследствии образуется новая перегородка.

В результате митоза и цитокинеза обычно возникают две генетически одинаковые дочерние клетки.

6. Изменение количества хромосом и ДНК

Важной особенностью митоза является сохранение числа хромосом в дочерних клетках.

Обозначения:

• n — число хромосом в гаплоидном наборе.

• c — количество ДНК, соответствующее одному гаплоидному набору нераздвоенных хромосом.