Деление клеток — это естественный процесс, который обеспечивает нормальный рост, развитие и размножение организма. За счет этого увеличивается количество клеток, осуществляется рост тканей, половое размножение и передача наследственного материала. Основные типы деления клеток — это мейоз и митоз. Каждый из этих процессов имеет некоторые особенности.

Митоз

Митоз — это деление клеток, в конечном итоге которого из материнской клетки образуется две дочерние с идентичным количеством и порядком хромосом. Подобные процессы постоянно происходит с соматическими клетками организма, обеспечивая рост, развитие, регенерацию тканей и органов.

Жизненный цикл клетки можно разделить на интерфазу и митоз. Интерфаза — это так называемая стадия спокойствия, во время которой идет активный синтез и накопление необходимых для деления клеток веществ. Ближе к началу митоза происходит удваивание количества хромосом.

Митоз же принято разделять на четыре основных стадии.

• Профаза. В это период можно заметить начало конденсации хромосом. Две идентичные хромосомы соединяются между собой одной центромерой. В начале профазы происходит деление центриоли. Теперь две дочерние центриоли начинают медленно расходиться к двум противоположным сторонам клетки. При этом они остаются связанными тонкими белковыми нитями — так формируется веретено деления. К концу этой стадии хромосомы сильно укорачиваются и становятся толще и двигаются к экватору клетки.
• Метафаза — очень коротка стадия, которая начинается с выстраивания хромосом по экватору клетки. Примерно в то же время одновременно во всех хромосомах происходит деление центромеры.
• Анафаза — нить веретена деления крепится в центромере хромосомы. В это период дочерние хромосомы медленно двигаются к противоположным полюсам. Считается, что нити веретена деления не только направляют хромосомы, но и благодаря наличию АТФ сокращаются, ускоряя их расхождение.
• Телофаза — начинается в тот момент, когда хромосомы уже разошлись к полюсам. Они раскручиваются и становятся менее заметными — возвращаются в состояние покоя. Вокруг скопления хроматина происходит синтез новой ядерной оболочки. Параллельно с эти происходит деление клеток — цитоплазма и органеллы поровну разделяются между дочерними образованиями.

Мейоз

Мейоз — это способ деления клеток, во время которого образуется четыре гаметы с одинарным набором хромосом. Такие процессы происходят во время образования половых клеток — сперматозоидов, яйцеклеток (у растения таким образом происходит образование спор). Подобные процессы обеспечивают обмен генетическим материалом и комбинаторную изменчивость. При слиянии двух гамет, каждая из которых содержит лишь половину генетического материала, количество хромосом восстанавливается, но их последовательность изменяется.

Процесс образования гамет состоит из двух коротких мейотических делений, в каждом из которых можно выделить все вышеописанные стадии. Но между двумя делениями нет выраженной интерфазы, и синтез ДНК не происходит. Следовательно, во вторую профазу вступает две клетки с одинарным набором хромосом (у человека это 46). Результат второго деления — это 4 гаметы, которые имеют по 23 хромосомы.

Амитоз

Амитоз — это нехарактерное деление клеток, которое наблюдается довольно редко. При этом клетка сохраняет все физиологические функции. Во время этого процесса не происходит удваивание генетического материала и деления клетки. Делится только ядро, но без образования веретена деления. В результате такого процесса хромосомы расходятся в случайном порядке — образуется многоядерная клетка. Стоит отметить, что амитоз, как правило, встречается или в стареющих и умирающих клетках, или же в патологически измененных структурах (опухолевые клетки).

Источник: fb.ru

Деление клетки — биологический процесс, лежащий в основе размножения и индивидуального развития всех живых организмов.

Наиболее широко распространенная форма воспроизведения клеток у живых организмов — непрямое деление, или митоз (от греч. «митос» — нить). Митоз состоит из четырех последовательных фаз. Благодаря митозу обеспечивается равномерное распределение генетической информации родительской клетки между дочерними клетками.

Период жизни клетки между двумя митозами называют интерфазой. Она в десятки раз продолжительнее митоза. В ней совершается ряд очень важных процессов, предшествующих делению клетки: синтезируются молекулы АТФ и белков, удваивается каждая хромосома, образуя две сестринские хроматиды, скрепленные общей центромерой, увеличивается число основных органоидов клетки.

В процессе митоза различают четыре фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу.

• I. Профаза — самая продолжительная фаза митоза. В ней спирализируются и вследствие этого утолщаются хромосомы, состоящие из двух сестринских хроматид, удерживаемых вместе центромерой. К концу профазы ядерная мембрана и ядрышки исчезают и хромосомы рассредоточиваются по всей клетке. В цитоплазме к концу профазы центриоли отходят к полосам и образуют веретено деления.
• II. Метафаза — хромосомы продолжают спирализацию, их центромеры располагаются по экватору (в этой фазе они наиболее видны). К ним прикрепляются нити веретена деления.
• III. Анафаза — делятся центромеры, сестринские хроматиды отделяются друг от друга и за счет сокращения нитей веретена отходят к противоположным полюсам клетки.
• IV. Телофаза — делится цитоплазма, хромосомы раскручиваются, вновь образуются ядрышки и ядерные мембраны. После этого образуется перетяжка в экваториальной зоне клетки, разделяющая две сестринские клетки.

Так из одной исходной клетки (материнской) образуются две новые — дочерние, имеющие хромосомный набор, который по количеству и качеству, по содержанию наследственной информации, морфологическим, анатомическим и физиологическим особенностям полностью идентичен родительским.

Рост, индивидуальное развитие, постоянное обновление тканей многоклеточных организмов определяется процессами митотического деления клеток.

Все изменения, происходящие в процессе митоза, контролируются системой нейрорегуляции, т. е. нервной системой, гормонами надпочечников, гипофиза, щитовидной железы и др.

Мейоз (от греч. «мейоз». — уменьшение) — это деление в зоне созревания половых клеток, сопровождающееся уменьшением числа хромосом вдвое. Он состоит и двух последовательно идущих делений, имеющих те же фазы, что и митоз. Однако продолжительность отдельных фаз и происходящие в них процессы значительно отличаются от процессов, происходящих в митозе.

Эти отличия в основном состоят в следующем. В мейозе профаза I более продолжительна. В ней происходит конъюгация (соединение) хромосом и обмен генетической информацией. (На рисунек вверху профаза отмечена цифрами 1, 2, 3, конъюгация показана под цифрой 3). В метафазе происходят те же изменения, что и в метафазе митоза, но при гаплоидном наборе хромосом (4). В анафазе I центромеры, скрепляющие хроматиды, не делятся, а к полюсам отходит одна из гомологичных хромосом (5). В телофазе II образуются четыре клетки с гаплоидным набором хромосом (6).

Интерфаза перед вторым делением у мейоза очень короткая, в ней ДНК не синтезируется. Клетки (гаметы), образующиеся в результате двух мейотических делений, содержат гаплоидный (одинарный) набор хромосом.

Полный набор хромосом — диплоидный 2n — восстанавливается в организме при оплодотворении яйцеклетки, при половом размножении.

Половое размножение характеризуется обменом генетической информации между женскими и мужскими особями. Оно связано с образованием и слиянием особых гаплоидных половых клеток — гамет, образующихся в результате мейоза. Оплодотворение представляет собой процесс слияния яйцеклетки и сперматозоида (женской и мужской гамет), при котором восстанавливается диплоидный набор хромосом. Оплодотворенную яйцеклетку называют зиготой.

В процессе оплодотворения можно наблюдать различные варианты соединения гамет. Например, при слиянии обеих гамет, имеющих одинаковые аллели одного или нескольких генов, образуется гомозигота, в потомстве которой сохраняются все признаки в чистом виде. Если же в гаметах гены представлены различными аллелями — образуется гетерозигота. В ее потомстве обнаруживаются наследственные зачатки, соответствующие различным генам. У человека гомозиготность бывает лишь частичной, по отдельным генам.

Основные закономерности передачи наследственных свойств от родителей к потомкам были установлены Г. Менделем во второй половине XIX в. С этого времени в генетике (науке о закономерностях наследственности и изменчивости организмов) прочно утвердились такие понятия, как доминантные и рецессивные признаки, генотип и фенотип и др. Доминантные признаки — преобладающие, рецессивные — уступающие, или исчезающие в последующих поколениях. В генетике эти признаки обозначаются буквами латинского алфавита: доминантные обозначаются заглавными буквами, рецессивные — строчными. В случае гомозиготности каждая из пары генов (аллелей) отражает либо доминантные, либо рецессивные признаки, которые в обоих случаях проявляют свое действие.

У гетерозиготных организмов доминантная аллель находится в одной хромосоме, а рецессивная, подавляемая доминантом, в соответствующем участке другой гомологичной хромосомы. При оплодотворении образуется новая комбинация диплоидного набора. Следовательно, образование нового организма начинается со слияния двух половых клеток (гамет), образующихся в результате мейоза. Во время мейоза происходит перераспределение генетического материала (рекомбинация генов) у потомков или обмен аллелями и их соединение в новых вариациях, что и определяет появление нового индивида.

Вскоре после оплодотворения происходит синтез ДНК, хромосомы удваиваются, и наступает первое деление ядра зиготы, которое осуществляется путем митоза и представляет собой начало развития нового организма.

Источник: shkolo.ru

Краткая характеристика амитоза

Деление, при котором строение делящейся клетки практически не претерпевает существенных изменений, называется амитозом, или прямым делением.

В процессе амитоза клетка и ядро удлиняются, образуется перетяжка и в конечном результате из одной родительской клетки возникают две дочерние. Амитотически делятся клетки амебы и других простейших одноклеточных организмов.

Недостатком амитоза является то, что возможно неравномерное распределение ядерного вещества между дочерними клетками, что может способствовать вырождению данного вида. Этот тип деления встречается довольно редко, а у высокоорганизованных организмов не встречается совсем.

Общая характеристика митоза

Процесс деления клетки, при котором её строение подвергается существенным изменениям, возникновением новых структур и реализацией строго определенных стадий, называется непрямым делением, или митозом.

При митозе дочерние клетки получают диплоидный набор хромосом и такое же количество ядерного вещества, которое характерно для нормально функционирующей соматической родительской клетки.

Митоз осуществляется при размножении соматических (клеток тела) клеток, например, в меристемах (тканях роста) растений или в активных зонах деления у животных (в кроветворных органах, в коже и т. д.). Для животных организмов состояние деления характерно в молодом возрасте, но оно может осуществляться и в зрелом возрасте в соответствующих органах (кожа, органы кроветворения и др.).

Митоз представляет собой последовательность строго определенных процессов, которые протекают по стадиям. Митоз состоит из четырех фаз: профазы, метафазы, анафазы и телофазы. Общая длительность митоза составляет 2-8 часов. Рассмотрим фазы митоза более подробно.

1. Профаза (первая фаза митоза) — самая длительная. Во время профазы в ядре появляются хромосомы (за счет спирализации молекул ДНК). Ядрышко растворяется. Четко проявляются все хромосомы. Центриоли клеточного центра расходятся к разным полюсам клетки и между центриолями формируется «веретено деления». Ядерная оболочка растворяется, и хромосомы попадают в цитоплазму. Профаза завершается.

Следовательно, в результате профазы формируется «веретено деления», состоящее из двух центриолей, находящихся в разных полюсах клетки и связанных между собой двумя типами нитей — опорными и тянущими. В цитоплазме имеется диплоидный набор хромосом, каждая из которых содержит двойное (по отношению к норме) количество ядерного вещества и имеет перетяжку вдоль большой оси симметрии.

2. Метафаза (вторая фаза деления). Иногда ее называют «фаза звезды», так как при виде сверху хромосомы образуют некоторое подобие звезды. Во время метафазы хромосомы выражены в наибольшей степени.

В метафазе хромосомы перемещаются в центр клетки и прикрепляются центромерами к тянущим нитям веретена, что приводит к возникновению строго упорядоченной структуры расположения хромосом в клетке. После прикрепления к тянущей нити каждая хроматиновая нить разделяется на две части, за счет чего каждая хромосома напоминает как бы слепленные в районе центромеры хромосомы. В конце метафазы центромера разделяется вдоль (параллельно хроматиновым нитям) и образуется тетраплоидное количество хромосом. На этом метафаза завершается.

Итак, в конце метафазы возникает тетраплоидное количество хромосом (4n), одна половина которых прикреплена к нитям, тянущим эти хромосомы к одному полюсу, а вторая половина — к другому полюсу.

3. Анафаза (третья фаза, следует за метафазой). При анафазе (начальный период) тянущие нити веретена сокращаются и за счет этого хромосомы расходятся к разным полюсам делящейся клетки. Каждая из хромосом характеризуется нормальным количеством ядерного вещества.

К концу анафазы хромосомы концентрируются у полюсов клетки, а на опорных нитях веретена в центре клетки (на «экваторе») возникают утолщения. На этом анафаза завершается.

4. Телофаза (последняя стадия митоза). Во время телофазы происходят следующие изменения: возникшие в конце анафазы утолщения на опорных нитях увеличиваются и сливаются, образуя первичную мембрану, отделяющую одну дочернюю клетку от другой.

В итоге возникают две клетки, содержащие диплоидный набор хромосом (2n). На месте первичной мембраны образуется перетяжка между клетками, которая углубляется, и к концу телофазы одна клетка отделяется от другой.

Одновременно с формированием клеточных оболочек и разделением исходной (материнской) клетки на две дочерние происходит окончательное формирование молодых дочерних клеток. Хромосомы мигрируют в центр новых клеток, тесно сближаются, молекулы ДНК деспирализуются и хромосомы как отдельные образования исчезают. Вокруг ядерного вещества формируется ядерная оболочка, возникает ядрышко, т. е. происходит формирование ядра.

В это же время формируется и новый клеточный центр, т. е. из одной центриоли образуется две (за счет деления), между возникшими центриолями появляются тянущие опорные нити. Телофаза на этом завершается, а вновь возникшие клетки вступают в свой цикл развития, который зависит от местонахождения клеток и их будущей роли.

Путей развития дочерних клеток несколько. Один из них состоит в том, что вновь возникшие клетки специализируются на выполнении конкретных функций, например, становятся форменными элементами крови. Пусть часть из этих клеток становится эритроцитами (красными кровяными тельцами). Такие клетки растут, достигая определенного размера, затем они теряют ядро и заполняются дыхательным пигментом (гемоглобином) и становятся зрелыми, способными к выполнению своих функций. Для эритроцитов — это способность реализации газообмена между тканями и органами дыхания, осуществляя перенос молекулярного кислорода (O₂) из органов дыхания к тканям и углекислый газ из тканей к органам дыхания. Молодые эритроциты попадают в кровяное русло, где функционируют 2-3 месяца, а затем погибают.

Вторым путем развития дочерних клеток тела является вступление их в митотический цикл.

Краткая характеристика митотического цикла

Митотический цикл — это временной отрезок существования клетки от одного деления до другого, включающий митоз (время деления, при котором из родительской клетки появляются две дочерние), и интерфазу (время, в течение которого возникшие клетки становятся способными к новому делению).

Следовательно, митотический цикл состоит из двух временных пластов: времени митоза и времени интерфазы. Интерфаза занимает 24/25 от всего митотического цикла и подразделяется на три периода. Ниже кратко охарактеризованы периоды интерфазы.

1. Пресинтетический период (G₁). Он начинается сразу после полного завершения телофазы и составляет примерно половину времени интерфазы. В этот период на деспирализованных хромосомах (деспирализованных молекулах ДНК) происходит синтез РНК всех видов. В ядрышках образуются зародыши рибосом.

В митохондриях интенсивно синтезируется АТФ, т. е. в клетке накапливается энергия в «удобной» для организма форме (она может в дальнейшем легко использоваться в процессах синтеза нужных организму веществ).

Одновременно протекает интенсивный синтез молекул белка. Все эти процессы подготавливают синтетический период, в котором происходит синтез ДНК.

2. Синтетический период (S).

Во время этой стадии интерфазы синтезируется ДНК, т. е. происходит редупликация, или репликация. Под влиянием ферментов двойные цепи ДНК превращаются в одинарные и на них по принципу комплементарности (взаимодополнения) возникают новые двойные цепи ДНК. В конце синтетического периода в клетке возникает тетраплоидное количество ДНК (4c), но сохраняется диплоидный набор хромосом (2n). После того как в клетках возникает тетраплоидное количество вещества, синтетический период завершается и клетка вступает в последний период интерфазы — постсинтетический.

3. Постсинтетический период (G₂).

Этот период завершает интерфазу. Он относительно короток во времени. В течение данного периода происходит дополнительный синтез белков и АТФ. Клетки достигают предельных размеров, в них окончательно формируются все структуры. В конце постсинтетического периода клетки готовы к новому делению.

В заключение необходимо отметить, что синтез веществ происходит во все периоды интерфазы. Выделение синтетического периода связано с тем, что его существенным отличием от других периодов является то, что в это время синтезируется ДНК, ее в клетке становится вдвое больше нормы и это создает предпосылки для нового деления клетки.

Продолжительность митотического цикла определяют по формулам:

Ц = М + И

Ц = М + G₁ + S + G₂, где М — продолжительность митоза; И — продолжительность интерфазы; G₁ — продолжительность пресинтетического периода; S — продолжительность синтетического периода; G₂ — продолжительность постсинтетического периода; G₁ + G₂ + S = И.

Источник: www.polnaja-jenciklopedija.ru

Клетки человеческого организма размножаются двумя способами — амитозом и митозом. Амитоз — простое деление, которым клетки размножаются сравнительно мало. При амитозе не образуются хромосомы, не удваивается количество ДНК, сохраняются оболочки ядра и ядрышко. Ядро увеличивается без изменения строения и разделяется на два. В результате образуется клетка, содержащая два ядра. В некоторых случаях разделяется и цитоплазма. Как правило, это происходит в дифференцированных клетках, например, вегетативных узлов.

Митоз, или кариокинез,— другой, наиболее распространенный, непрямой сложный вид деления ядер клеток, который обеспечивает рост организма и составляет основу его развития.

Период между митозами называется интерфазой; его продолжительность 10—20 ч. В этот период клетка увеличивается до критического размера, так как происходит синтез ДНК, РНК, гистонов и других белков. В конце интерфазы синтезируются соединения, в которых накапливается энергия, необходимая для митоза. Как правило, синтез РНК и общего белка в ядре с участием ядрышка происходит не одновременно с синтезом ДНК и гистонов, а до него. Эти два процесса взаимно исключают друг друга. Роль матрицы для синтеза РНК выполняет ДНК, не связанная с гистонами; ДНК, связанная с гистонами, не активна. Синтез РНК происходит с участием фермента полимеразы, находящегося в ядре. После завершения синтеза РНК и белков в середине интерфазы начинается одновременный синтез ДНК и гистонов. При этом количество ДНК увеличивается в 2 раза и по своему составу и строению соответствует предшествующей ДНК.

Синтез ДНК происходит, когда имеются: 1) трифосфаты четырех нуклеотидов, ее составляющих, 2) фермент полимераза, 3) небольшое количество ДНК-затравки, начинающей процесс, и 4) магний. Для синтеза необходима энергия, которая освобождается АТФ, синтезирующейся в ядре в присутствии ДНК. Синтез фосфатов четырех нуклеотидов происходит при участии особых ферментов (киназ) и регулируется обратной связью. Фермент полимераза, участвующий в синтезе ДНК, находится в цитоплазме. Количество ДНК в ядре изменяется в зависимости от физиологического состояния клетки. Одновременно с синтезом ДНК происходит синтез основных белков ядра. Объем ядра увеличивается одновременно с синтезом РНК и негистоновых белков, а во время синтеза ДНК и гистонов почти не изменяется.

После интерфазы начинается деление клетки, происходит митоз, или кариокинез, — закономерное деление ядра клетки, в результате которого каждая дочерняя клетка получает такое же количество хромосом и того же типа, как и материнская. Во время митоза синтетические процессы прекращаются, а РНК исчезает из цитоплазмы. Митоз происходит непрерывно и схематически делится на 4 фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу.

Рис. 15. Схема кариокинеза, 1 — покоящаяся клетка; II — профаза, плотный материнский клубок; III — рыхлый материнский клубок; IV — переход от профазы к метафазе; V — стадия экваториальной пластинки; VI — стадия материнской звезды; VII, VIIIf IX — анафаза; X — телофаза; XI — две покоящиеся дочерние клетки

В профазе хромосомы, имевшие вид перепутанного клубка тонких нитей, начинают уплотняться. Они становятся различимыми по величине и форме и каждая продольно делится на две; в результате в ядре оказываются 2 набора хромосом по 46 в каждом. Центриоль в начале профазы делится на две, и дочерние центриоли отходят в противоположные стороны клетки. Между ними образуется веретено, состоящее из тонких ахроматиновых цитоплазматических нитей, заостренное у полюсов, у центриолей, и широкое в центре, у экватора. Во время формирования веретена хромосомы свертываются в спираль, становятся короче и толще. Оболочка ядра и ядрышко растворяются. Профаза продолжается от 30 до 60 мин.

В метафазе хромосомы располагаются в плоскости экватора внутри веретена, образуя правильную фигуру (материнская звезда).Заканчивается спирализация хромосом,что приводит к их укорочению в 25 раз. Метафаза продолжается от 2 до 6 мин.

В анафазе после расположения на экваторе оба набора дочерних хромосом сразу начинают расходиться к полюсам, что продолжается 3—15 мин. Сокращение нитей веретена сходно с сокращением белковых нитей мышц (миофибрилл). В нитях веретена есть белок, близкий по составу к белку мышц (актин), и в их сокращении участвует АТФ. Скорость движения хромосом 1 мкм в минуту.

В телофазе хромосомы сближаются, располагаются параллельно и становятся невидимыми. Вокруг каждого дочернего ядра образуется оболочка, появляется ядрышко и одновременно начинает делиться цитоплазма. В плоскости экватора появляется борозда, которая постепенно углубляется и разделяет дочерние клетки. Телофаза продолжается 30—60 мин, а весь процесс митоза—1—2 ч.

Иногда при митозе число хромосом удваивается без деления ядра (полиплоидия).

Мейоз, или редукционное деление, — два клеточных деления, в результате которых у человека сперматозоид и яйцевая клетка до оплодотворения содержат по 23 хромосомы, по одной каждого сорта (гаплоидный набор хромосом). Оба мейотических деления быстро следуют друг за другом. В них, как и в митозе, различают 4 фазы. Однако в профазе каждая из хромосом не удваивается, а учетверяется: получается 23 пучка хромосом по 4 хромосомы в каждом пучке (тетрады), которые в метафазе располагаются по экватору. В результате в анафазе у каждого полюса оказывается 23 двойные хромосомы. После разделения цитоплазмы интерфаза не наступает, хромосомы не исчезают, а сразу же центриоли делятся и образуется новое веретено под прямым углом к веретену первого деления; по его экватору располагается гаплоидное число двойных хромосом, что соответствует метафазе второго деления. Поэтому телофаза первого деления и профаза второго деления непродолжительны.

Удвоения хромосом больше не происходит. В телофазе цитоплазма разделяется, хромосомы превращаются в хроматин, появляются оболочка ядра и ядрышко. Так в семенниках и яичниках образуются зрелые мужские и женские половые клетки, содержащие по 23 хромосомы.

После оплодотворения сходные мужские и женские хромосомы соединяются попарно (конъюгация), и в результате в оплодотворенной яйцевой клетке оказывается 46 хромосом (диплоидный набор). В дальнейшем происходит митоз оплодотворенной клетки.

Каждая пара из 23 хромосом человека имеет свои характерные особенности и обозначается своим номером. Самые длинные (около 10 мкм) обозначены № 1, а самые короткие (около 2,5 мкм)—№ 22. Хромосомы каждой пары соединены посредством центромеры.

Рис. 16. Хромосомы женщины (вверху) и мужчины (внизу)

22 пары хромосом участвуют в развитии признаков и свойств человека и называются аутосомами. 23-я пара хромосом состоит из специфических половых хромосом, определяющих пол новорожденного. У женщин эта 23-я пара состоит из двух одинаковых икс-хромосом (XX), а мужчин — из двух различных хромосом: одна из них Х-хромосома, а другая, значительно меньших размеров, — игрек-хромосома (Y). После мейоза все яйцевые клетки содержат Х-хромосому, у мужчин половина сперматозоидов содержит Х-хромосому, а другая их половина — Y-хромосому. Из яйцевой клетки, оплодотворенной сперматозоидом с Х-хромосомой, развивается девочка, а из яйцевой клетки, оплодотворенной сперматоизоидом с Y-хромосомой, развивается мальчик.

Похожие материалы:

Дифференцировка клеток

Обмен веществ в клетке

Химический состав клетки

Строение и функции клетки

Источник: nauka03.ru