Митоз

На этой странице вы узнаете

• Почему нервные и мышечные клетки — это йоги нашего организма?
• Кто упаковывает ДНК?
• Почему мы стареем?

При рождении вес младенца обычно составляет от 2,5 до 4 кг, а рост — около 50—60 см. Но с каждым днем взросления, его рост и вес становятся всё больше, изменяется внешность. Эти процессы не были бы возможны без способности клеток нашего организма к делению. 

Процесс деления дает возможность родительской клетке передавать свои признаки и свойства к дочерней клетке. Клетка должна получить точную копию своего генетического материала. В этой статье мы узнаем, как именно создаются копии клеток, а также почему генетическая информация не изменяется и не теряется.

Жизненный цикл клетки

Клеточный цикл — это период существования эукариотической клетки от одного деления до другого. 

Продолжительность этого периода у разных клеток отличается. 

Например, для лейкоцитов человека продолжительность жизни составляет 4—5 суток, для клеток кишечного эпителия — от 8 до 10 часов. 

Есть клетки, которые неспособны к делению, и их клеточный цикл совпадает с продолжительностью жизни. 

Например, нейроны перестают делиться еще во время эмбрионального развития и их срок жизни будет зависеть от времени жизни ткани или органа, в состав которых они входят.

 Жизненный цикл эукариотической клетки состоит из следующих периодов:

• Интерфаза — период подготовки клетки к делению.
• Клеточное деление.

У эукариот существует 2 типа клеточного деления:

1. Непрямое деление — может протекать в виде митоза или мейоза.

• Митоз — деление, в результате которого из одной материнской клетки образуются две дочерние клетки, генетически идентичные материнской.  
• Мейоз — редукционное деление, при котором количество хромосом уменьшается вдвое для создания гамет. Гаметы — это половые клетки. Гаметы бывают женские — яйцеклетки и мужские — сперматозоиды или спермии. 

2. Прямое деление — амитоз. При этом делении нити веретена деления не образуются, оболочка ядра не исчезает. Ядра дочерних клеток оказываются неравноценными, несбалансированными в отношении генетического материала. Такое деление встречается редко, обычно таким способом делятся раковые клетки. 

Клетка, образовавшаяся в процессе амитоза, становится неспособной к дальнейшему митозу.

Причиной, почему обычная здоровая клетка начинает делиться амитозом, может стать сбой на этапе интерфазы. Во время периода спокойствия клетка должна подготовиться к правильному делению и вырасти до необходимого размера. Если рост клетки протекает слишком быстро, или процессы подготовки к делению протекают неправильно, клетка делится амитозом.

В цитологии принято обозначать количество хромосом английской буквой n, а количество молекул ДНК — c.

Интерфаза

Рассмотрим, из каких периодов состоит интерфаза, и что характерно для каждого из них.

Название периода	Обозначение	Генетический набор	Основные процессы
Период функционирования клетки — фаза покоя	G0	2n2c	— клетка в состоянии покоя; — деление не происходит.
Пресинтетический период	G1	2n2c	— синтез всех видов РНК; — синтез АТФ; — синтез ферментов; — образование рибосом; — рост клетки; — создание запаса питательных веществ.
Синтетический период	S	2n4 cколичество хромосом осталось прежним, но количество ДНК увеличилось вдвое	— репликация (удвоение) ДНК клеточного ядра; — образование структурных белков ДНК — гистонов.
Постсинтетический период	G2	2n4c	— образование белков; — синтез АТФ; — подготовка к делению; — удвоение массы цитоплазмы; — увеличивается количество митохондрий и предшественников пластид; — увеличение массы ядра.

Почему нервные и мышечные клетки — это йоги нашего организма? Некоторые клетки вступают в фазу G0 — стадию покоя — после митоза, и находятся в ней всю жизнь до гибели. В основном это высокоспециализированные клетки, которые не могут совмещать эффективное выполнение своих функций и размножение.  Например, в данной фазе находятся большинство нейронов и мышечные клетки сердца.  Поэтому в нашем организме есть клетки-йоги, которые всегда находятся в состоянии покоя.

Строение хромосом

Чтобы понимать процесс митоза, нам необходимо разобраться со строением хромосом. Хромосомы играют ключевую роль в передаче наследственной информации от клетки к клетке. 

Хромосомы — структуры клеток эукариотов, обеспечивающие сохранение, распределение и передачу генетической информации.

Они располагаются в ядре эукариотических клеток, состоят из молекулы ДНК, которая связана с белками-гистонами.

Гистоны изгибают ДНК так, что ее небольшой отрезок спирально накручивается на комплекс из нескольких гистонов. Получается дисковидная частица. Частицы связываются друг с другом, образуя плотно упакованную нить, которую специальные белки укладывают в петли. Петли скручиваются в спирали и образуют складки. Из них формируется хромосома, которую хорошо видно в ядре во время деления клетки.

Кто упаковывает ДНК? Белки-гистоны плотно упаковывают молекулы ДНК в компактные структуры — хромосомы. Так они вмещаются в ядро клетки. Ведь длина 1 молекулы ДНК составляет более 4 см. У человека суммарная длина 46-ти ДНК, выделенных из 46-ти хромосом, составляет около 190 см — и это в одной только клетке. Все равно как если бы мы хранили нитки для шитья не в катушках, а размотанными — это неудобно.

Хромосомы состоят из двух сестринских хроматид — удвоенных молекул ДНК, соединенных друг с другом в области первичной перетяжки — центромеры. 

Центромера — это часть хромосомы, разделяющая ее на два плеча. 

Почему мы стареем? Проблема старения была всегда актуальна для научного мира. Современные ученые раскрыли причину старения. Секрет старения кроется в теломерах.  Теломеры — это участки ДНК, расположенные на концах хромосом. Это защитные колпачки, которые стабилизируют ДНК во время деления клеток. Со временем теломеры изнашиваются и укорачиваются. Когда они становятся слишком короткими, клетка больше не может делиться. Укорочение теломер связано с процессом старения, так как может вызвать апоптоз или запрограммированную гибель клеток. Укорочение теломер также связано с развитием раковых клеток.

Клетка любого живого организма обладает определенным набором хромосом, называемым кариотипом. Число хромосом, содержащихся в клетке эукариот, специфично для каждого вида организмов. 

Например, клетки человека содержат 46 хромосом, собаки – 78 хромосом, кошки – 38, плодовой мушки дрозофилы – 8, а у речного рака их 116.

Во всех клетках организмов, кроме половых, диплоидный (то есть двойной) набор хромосом. Он всегда составляет четное число.

Диплоидный набор — это парный набор, в котором каждая хромосома имеет парную хромосому, сходную по строению и размерам.

Его обозначают 2n, где n – число пар сходных по строению и одинаковых по форме хромосом. 

Наличие таких пар объясняется тем, что один набор хромосом, содержащий информацию обо всех признаках, организм получает от отца через спермий, а другой – от матери через яйцеклетку. Так как обе хромосомы в таких парах содержат информацию об одних и тех же признаках организма, их называют гомологичными хромосомами. 

Хромосомы как китайские палочки, по одной от них толку мало. А вот в паре — полезная вещь. 

Гомологичные хромосомы внешне одинаковы — их центромеры расположены на одном и том же участке, в таких хромосомах одинаковая последовательность генов.

Так, в клетках человека 46 хромосом образуют 23 гомологичные пары. Из них 22 одинаковы у мужчин и у женщин и называются аутосомами. 

Одна пара хромосом различна: 

• у женщин эта пара хромосом обозначается латинскими буквами XX;
• у мужчин — XY. 

Эти хромосомы называются половыми. 

Именно Y-хромосома определяет пол будущего организма. Y — это бывшая X. Когда-то игрека вообще не было. Постепенно X-хромосома превратилась в Y, утратив большую часть своих полезных генов и оставив только так или иначе связанные с мужскими особенностями. 

В гаметах — половых клетках — гаплоидный набор хромосом. 

Гаплоидный набор — это половинный набор, в котором все хромосомы отличаются друг от друга строением.

Его условно обозначают n.

В яйцеклетках и сперматозоидах человека 23 хромосомы.

Решение задач 

Рассмотрим несколько задач, которые могут вам встретиться по этой теме.

Пример 1. Сколько хромосом в гамете у синицы, если ее соматическая клетка содержит 32 хромосомы?

Решение:

Соматическая клетка несет диплоидный набор хромосом (2n). Он равен 32 хромосомам. Гамета — это половая клетка и содержит одинарный набор хромосом. Значит, чтобы узнать количество хромосом в гамете мы должны поделить 32 хромосомы на 2. 

Ответ: 16 хромосом.

Пример 2. В половой клетке шимпанзе 24 хромосомы. Какой набор хромосом имеют клетки кожи этого организма? 

Решение:

Половые клетки имеют гаплоидный (n) набор хромосом, а клетки кожи диплоидный (2n) набор хромосом, следовательно, 24×2 = 48.

Ответ: 48 хромосом. 

Митоз

Рассмотрим подробнее, из каких процессов состоит митоз.

Фаза деления	Количество хромосом и ДНК	Процессы
Профаза	2n4c	— ядрышко исчезает; — конденсация хромосом — нити хромосом утолщаются и укорачиваются; — хромосомы имеют Х образную форму; — образуются нити веретена деления, то есть два клеточных центра расходятся к противоположным полюсам клетки и потом от каждого начинают расти микротрубочки; — распадается ядерная оболочка.
Метафаза	2n4c	— изменяется длина нитей веретена деления, и хромосомы перемещаются к экватору, образуя метафазную пластинку; — все хромосомы находятся в одной плоскости;происходит смена белков в центромерах хромосом, что позволит в дальнейшим их разделить.
Анафаза	4n4c	— центромеры сестринских хроматид разделяются; — нити веретена деления укорачиваются, в результате дочерние хромосомы расходятся по противоположным полюсам клетки;движение продолжается до тех пор, пока хроматиды, ставшие самостоятельными хромосомами, не достигнут полюсов; — у каждого полюса образуется полный набор хромосом, характерный для вида.
Телофаза	2n2c	— растворяются нити веретена деления; — вокруг каждого набора хромосом у полюсов деления формируется новая ядерная оболочка; — образуется перетяжка; — удлиняются и утончаются хромосомы — декондесация хромосом; — формируются ядрышки; — деление цитоплазмы (цитокинез).

Как проще запомнить фазы деления? Для этого мы можем сложить из первой буквы каждой фазы слово “примат”.

Биологическое значение митоза

У вас прямо сейчас растут волосы и ногти? Обновляется кожный покров? Если вы живы, смело отвечайте “да”. Это происходит благодаря митозу. Он необходим для роста, развития и регенерации.

Представьте себе: вы приходите в гости и видите потрясающей красоты розу, вам хочется завести такую же у себя дома. Как вы поступите? Можно оторвать стебель, принести его домой и поставить в воду. Через некоторое время клетки начинают делиться митозом, у стебля появляются придаточные корни, а еще через пару месяцев у вас будет своя красивая роза. Фактически вы клонировали растение.

Половые клетки в этом не играли никакой роли, а вот соматические активно делились. Одно из значений митоза — бесполое размножение.

Так как в результате митоза образуются одинаковые диплоидные клетки, благодаря такому делению поддерживается единый кариотип в организме. Значит, все соматические клетки любого живого организма содержат одинаковое количество хромосом, характерный для его вида. Например, и в клетке кожи, и в клетке глаза человека 46 хромосом.

Термины

• Клеточный цикл — это период существования эукариотической клетки от одного деления к другому. 
• Интерфаза — период подготовки клетки к делению. 
• Хромосомы — структуры клеток эукариотов, обеспечивающие сохранение, распределение и передачу наследственной информации.
• Кариотип — набор хромосом.
• Количество хромосом в клетке принято обозначать n, количество ДНК — c.
• Диплоидный набор — это парный набор, в котором каждая хромосома имеет парную хромосому, сходную по строению и размерам.
• Гаплоидный набор — это половинный набор, в котором все хромосомы отличаются друг от друга строением.
• Митоз — непрямое деление, при котором каждая дочерняя клетка генетически одинакова с материнской. Митоз происходит в процессе роста и развития организма.

Фактчек

• Клеточный цикл включает в себя интерфазу и определенный тип деления: митоз или мейоз.
• Гомологичные хромосомы внешне одинаковы — их центромеры расположены на одном и том же участке, в таких хромосомах одинаковая последовательность генов.
• В митозе выделяют 4 фазы: профаза, метафаза, анафаза, телофаза.
• При митозе образуются две клетки с одинаковым двойным набором хромосом.
• Митоз лежит в основе бесполого размножения.
• В результате митоза образуются генетически одинаковые клетки.

Проверь себя

Задание 1.

Когда удваиваются хромосомы?

1. в фазу G0
2. в S-фазу
3. в метафазе митоза
4. перед началом деления клетки

Задание 2.

В какой фазе митоза происходит разрушение ядерной оболочки?

1. профаза
2. метафаза
3. анафаза
4. телофаза

Задание 3.

После митоза образуются

1. гаплоидные клетки
2. только диплоидные клетки
3. 2 диплоидные клетки
4. 4 гаплоидные клетки

Задание 4.

Что такое репликация?

1. удвоение РНК
2. синтез белка
3. удвоение ДНК
4. удвоение клетки

Ответ: 1. — 2; 2. — 1; 3. — 3; 4. — 3.