Митотический цикл. Митоз

Митоз — основной способ деления эукариотических клеток, при котором сначала происходит удвоение, а затем равномерное распределение между дочерними клетками наследственного материала.

Митоз представляет собой непрерывный процесс, в котором выделяют четыре фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Перед митозом происходит подготовка клетки к делению, или интерфаза. Период подготовки клетки к митозу и собственно митоз вместе составляют митотический цикл. Ниже приводится краткая характеристика фаз цикла.

Интерфаза состоит из трех периодов: пресинтетического, или постмитотического, — G₁, синтетического — S, постсинтетического, или премитотического, — G₂.

Пресинтетический период (2n 2c, где n — число хромосом, с — число молекул ДНК) — рост клетки, активизация процессов биологического синтеза, подготовка к следующему периоду.

Синтетический период (2n 4c) — репликация ДНК.

Постсинтетический период (2n 4c) — подготовка клетки к митозу, синтез и накопление белков и энергии для предстоящего деления, увеличение количества органоидов, удвоение центриолей.

Профаза (2n 4c) — демонтаж ядерных мембран, расхождение центриолей к разным полюсам клетки, формирование нитей веретена деления, «исчезновение» ядрышек, конденсация двухроматидных хромосом.

Метафаза (2n 4c) — выстраивание максимально конденсированных двухроматидных хромосом в экваториальной плоскости клетки (метафазная пластинка), прикрепление нитей веретена деления одним концом к центриолям, другим — к центромерам хромосом.

Анафаза (4n 4c) — деление двухроматидных хромосом на хроматиды и расхождение этих сестринских хроматид к противоположным полюсам клетки (при этом хроматиды становятся самостоятельными однохроматидными хромосомами).

Телофаза (2n 2c в каждой дочерней клетке) — деконденсация хромосом, образование вокруг каждой группы хромосом ядерных мембран, распад нитей веретена деления, появление ядрышка, деление цитоплазмы (цитотомия). Цитотомия в животных клетках происходит за счет борозды деления, в растительных клетках — за счет клеточной пластинки.

Митотический цикл, митоз: 1 — профаза; 2 — метафаза; 3 — анафаза; 4 — телофаза.

Биологическое значение митоза. Образовавшиеся в результате этого способа деления дочерние клетки являются генетически идентичными материнской. Митоз обеспечивает постоянство хромосомного набора в ряду поколений клеток. Лежит в основе таких процессов, как рост, регенерация, бесполое размножение и др.

Мейоз

Мейоз — это особый способ деления эукариотических клеток, в результате которого происходит переход клеток из диплоидного состояния в гаплоидное. Мейоз состоит из двух последовательных делений, которым предшествует однократная репликация ДНК.

Первое мейотическое деление (мейоз 1) называется редукционным, поскольку именно во время этого деления происходит уменьшение числа хромосом вдвое: из одной диплоидной клетки (2n 4c) образуются две гаплоидные (1n 2c).

Интерфаза 1 (в начале — 2n 2c, в конце — 2n 4c) — синтез и накопление веществ и энергии, необходимых для осуществления обоих делений, увеличение размеров клетки и числа органоидов, удвоение центриолей, репликация ДНК, которая завершается в профазе 1.

Профаза 1 (2n 4c) — демонтаж ядерных мембран, расхождение центриолей к разным полюсам клетки, формирование нитей веретена деления, «исчезновение» ядрышек, конденсация двухроматидных хромосом, конъюгация гомологичных хромосом и кроссинговер.
trong>Конъюгация — процесс сближения и переплетения гомологичных хромосом. Пару конъюгирующих гомологичных хромосом называют бивалентом. Кроссинговер — процесс обмена гомологичными участками между гомологичными хромосомами.

Профаза 1 подразделяется на стадии: лептотена (завершение репликации ДНК), зиготена (конъюгация гомологичных хромосом, образование бивалентов), пахитена (кроссинговер, перекомбинация генов), диплотена (выявление хиазм, 1 блок овогенеза у человека), диакинез (терминализация хиазм).

Метафаза 1 (2n 4c) — выстраивание бивалентов в экваториальной плоскости клетки, прикрепление нитей веретена деления одним концом к центриолям, другим — к центромерам хромосом.

Анафаза 1 (2n 4c) — случайное независимое расхождение двухроматидных хромосом к противоположным полюсам клетки (из каждой пары гомологичных хромосом одна хромосома отходит к одному полюсу, другая — к другому), перекомбинация хромосом.

Телофаза 1 (1n 2c в каждой клетке) — образование ядерных мембран вокруг групп двухроматидных хромосом, деление цитоплазмы. У многих растений клетка из анафазы 1 сразу же переходит в профазу 2.

Второе мейотическое деление (мейоз 2) называется эквационным.

Интерфаза 2, или интеркинез (1n 2c), представляет собой короткий перерыв между первым и вторым мейотическими делениями, во время которого не происходит репликация ДНК. Характерна для животных клеток.

Профаза 2 (1n 2c) — демонтаж ядерных мембран, расхождение центриолей к разным полюсам клетки, формирование нитей веретена деления.

Метафаза 2 (1n 2c) — выстраивание двухроматидных хромосом в экваториальной плоскости клетки (метафазная пластинка), прикрепление нитей веретена деления одним концом к центриолям, другим — к центромерам хромосом; 2 блок овогенеза у человека.

Анафаза 2 (2n 2с) — деление двухроматидных хромосом на хроматиды и расхождение этих сестринских хроматид к противоположным полюсам клетки (при этом хроматиды становятся самостоятельными однохроматидными хромосомами), перекомбинация хромосом.

Телофаза 2 (1n 1c в каждой клетке) — деконденсация хромосом, образование вокруг каждой группы хромосом ядерных мембран, распад нитей веретена деления, появление ядрышка, деление цитоплазмы (цитотомия) с образованием в итоге четырех гаплоидных клеток.

Биологическое значение мейоза. Мейоз является центральным событием гаметогенеза у животных и спорогенеза у растений. Являясь основой комбинативной изменчивости, мейоз обеспечивает генетическое разнообразие гамет.

Амитоз

Амитоз — прямое деление интерфазного ядра путем перетяжки без образования хромосом, вне митотического цикла. Описан для стареющих, патологически измененных и обреченных на гибель клеток. После амитоза клетка не способна вернуться в нормальный митотический цикл.

Клеточный цикл

Клеточный цикл — жизнь клетки от момента ее появления до деления или смерти. Обязательным компонентом клеточного цикла является митотический цикл, который включает в себя период подготовки к делению и собственно митоз. Кроме этого, в жизненном цикле имеются периоды покоя, во время которых клетка выполняет свойственные ей функции и избирает дальнейшую судьбу: гибель или возврат в митотический цикл.

 

Источник: licey.net

Интерфаза

Прежде чем делящаяся клетка попадает в митоз, она подвергается периоду роста, называемому интерфазой. Около 90% времени клетки при нормальном клеточном цикле могут быть потрачены на интерфазу, которая осуществляется в три основные фазы:

• Фаза G1: период до синтеза ДНК. В этой фазе клетка увеличивается в массе, подготавливаясь к делению.
• S-фаза: период, в течение которого происходит синтез ДНК. В большинстве клеток эта стадия происходит за очень короткий промежуток времени.
• Фаза G2: клетка продолжает синтез дополнительных белков увеличиваться в размерах.

В последней части интерфазы, клетка все еще имеет нуклеолы. Ядро ограничено ядерной оболочкой, а хромосомы дублируются, но находятся в форме хроматина. В клетках животных две пары центриолей, образованных из репликации одной пары, расположены за пределами ядра.

После фазы G2 наступает митоз, который в свою очередь состоит из нескольких стадий и завершается цитокинезом (делением клетки).

Читайте также: Основные сходства и отличия митоза от мейоза.

Фазы митоза:

Препрофаза (в клетках растений)

Препрофаза является дополнительной фазой во время митоза в клетках растений, которая не встречается у других эукариот, таких как животные или грибы. Она предшествует профазе и характеризуется двумя различными событиями.

Изменения, которые происходят в препрофазе:

• Образование полосы препрофазы — плотного микротрубочного кольца под плазматической мембраной.
• Начало зарождения микротрубочек в ядерной оболочке.

Профаза

В профазе хроматин конденсируется в дискретные хромосомы. Ядерная оболочка ломается, а веретено деления образуются на противоположных полюсах клетки. Профаза (по сравнению с интерфазой) является первым истинным шагом митотического процесса.

Изменения, которые происходят в профазе:

• Хроматиновые волокна превращаются в хромосомы, имеющие по две хроматиды, соединенные в центромер. Волокна деления, состоящие из микротрубочек и белков, образуется в цитоплазме.
• В клетках животных волокна деления первоначально появляется как структуры, называемые астерами, которые окружают каждую пару центриолей.
• Две пары центриолей (сформированных из репликации одной пары в интерфазе) отходят друг от друга к противоположным полюсам клетки из-за удлинения микротрубочек, образующихся между ними.

Прометафаза

Прометафаза — фаза митоза после профазы и предшествующая метафазе в эукариотических соматических клетках. Некоторые источники относят процессы протекающие в прометафазе к поздней профазе и начальной стадии метафазы.

Изменения, которые происходят в прометафазе:

• Ядерная оболочка распадается.
• Полярные волокна, которые представляют собой микротрубочки, составляющие волокна веретена, перемещаются от каждого полюса до экватора клетки.
• Кинетохоры, которые являются специализированными областями в центромерах хромосом, прикрепляются к типу микротрубочек, называемых кинетохорными нитями.
• Нити кинетохора «взаимодействуют» с веретеном деления.
• Хромосомы начинают мигрировать к центру клетки.

Метафаза

В метафазе полностью развиваются волокна деления, а хромосомы выравниваются на метафазной (экваториальной) пластине (плоскость, которая одинаково удалена от двух полюсов).

Изменения, которые происходят в метафазе:

• Ядерная мембрана полностью исчезает.
• В клетках животных две пары центриолей расходятся в противоположных направлениях к полюсам клетки.
• Полярные волокна (микротрубочки, составляющие волокна веретена) продолжают распространяться от полюсов к центру. Хромосомы перемещаются случайным образом, пока не присоединяют (при помощи своих кинетохор) к полярным волокнам с обеих сторон центромеров.
• Хромосомы выравниваются на метафазной пластине под прямым углом к ​​полюсам веретена.
• Хромосомы удерживаются на метафазной пластине равными силами полярных волокон, которые нажимают на их центромеры.

Анафаза

В анафазе парные хромосомы (сестринские хроматиды) отделяются и начинают двигаться к противоположным концам (полюсам) клетки. Волокна веретена, не связанные с хроматидами, вытягиваются и удлиняют клетку. В конце анафазы каждый полюс содержит полную компиляцию хромосом.

Изменения, которые происходят в анафазе:

• Парные центромеры в каждой отдельной хромосоме начинают раздвигаться.
• Как только парные сестринские хроматиды отделены друг от друга, каждая из них считается «полной» хромосомой. Они называются дочерними хромосомами.
• При помощи веретена деления, дочерние хромосомы перемещаются к полюсам на противоположные концы клетки.
• Дочерние хромосомы сначала мигрируют в центромер, а кинетохорные нити становятся короче, чем хромосомы вблизи полюсов.
• При подготовке к телофазе два полюса клетки также отдаляются друг от друга во время анафазы. В конце анафазы каждый полюс содержит полную компиляцию хромосом.
• Начинается процесс цитокинеза (разделение цитоплазмы исходной клетки), который завершается после телофазы.

Телофаза

В телофазе хромосомы достигают ядер новых дочерних клеток.

Изменения, которые происходят в телофазе:

• Полярные волокна продолжают удлиняться.
• Ядра начинают формироваться на противоположных полюсах.
• Ядерные оболочки новых ядер образовываются из остатков ядерной оболочки материнской клетки и кусочков эндомембранной системы.
• Появляются ядрышка.
• Разматываются хроматиновые волокна хромосом.
• После этих изменений телофаза и митоз в основном завершены, а генетическое содержание одной клетки поделено на две части.

Цитокинез

Цитокинез — это разделение цитоплазмы клетки. Он начинается до конца митоза в анафазе и заканчивается вскоре после телофазы. В конце цитокинеза образуются две генетически идентичные дочерние клетки.

Источник: NatWorld.info

Определение митоза

Митоз — это тип деления клеток, при котором одна материнская делится, чтобы произвести две новые генетически идентичные дочерние. В контексте клеточного цикла митоз является частью процесса деления, происходящего последовательно, при котором ДНК ядра разделяется на два равных набора хромосом:

• Во время митоза одна клетка делится один раз, чтобы сформировать две одинаковые.
• Главной целью митоза является рост и замена изношенных клеток.
• Если не исправить ошибки, возникшие во время митоза, это вызовет изменения в ДНК, что приведёт к генетическим нарушениям.

В процессе продолжительного развития и роста митоз наполняет организм клетками, а на протяжении всей жизни он заменяет старые изношенные новыми. Для одноклеточных эукариот, каковыми являются дрожжи, митотические деления фактически являются основой размножения, добавляя в популяцию новых особей.

Митоз у животных впервые смог открыть В.Флемминг в 1882 году, а в 1888 году Э. Страсбургер у растений.

Стадии деления клеток

Митоз состоит из четырёх основных стадий. Они имеют чёткую очерёдность:

• профаза;
• метафаза;
• анафаза;
• телофаза.

Здесь часто возникают расхождения, поскольку некоторые учебники перечисляют 5, разбивая профазу на раннюю фазу (интерфазу) и позднюю фазу (называемую прометафазой). Они происходят в строгом последовательном порядке, а также цитокинез, который начинается в анафазе или телофазе. Для того чтобы стало понятно, какими характеристиками обладают фазы, следует рассмотреть кратко сущность каждой из них.

Интерфаза

Почти 80% продолжительности жизни клетки тратится в межфазной стадии митоза. На этом этапе деление нет, но происходит период роста и подготовка к делению. ДНК дублируется во время этой фазы, создавая две копии каждой цепи, называемой хромосомой — молекулой ДНК, которая несёт всю или часть наследственной информации организма.

Можно перечислить стадии, характерные для интерфазы. Они разделены на:

• фазу G1,
• фазу S,
• фазу G2.

Фаза G1 — это период до синтеза ДНК, в течение которого клетка увеличивается в размерах. Во время фаз G1 клетки растут и контролируют свою среду, чтобы определить, следует ли им инициировать ещё один раунд деления.

Профаза

После подготовительной стадии интерфазы профазу считают первой истинной стадией митотического процесса. Во время ранней профазы клетка начинает разрушать одни структуры и создавать другие, готовясь к делению хромосом. Дублированные хромосомы из межфазной стадии конденсируются. Это означает, что они уплотняются и плотно наматываются. Ядерная оболочка разрушается, и на краях делящейся клетки формируется аппарат, известный как митотическое веретено.

Шпиндель состоит из сильных белков, называемых микротрубочками, которые являются частью «скелета» клетки и управляют делением посредством удлинения. Шпиндель постепенно удлиняется во время профазы. Его смысл заключается в организации хромосом и их перемещении во время деления.

К концу профазы ядерная оболочка разрушается, и микротрубочки достигают от каждого полюса до экватора. Кинетохоры, специализированные области в центромерах хромосом, — области ДНК, где сестринские хроматиды наиболее тесно связаны — прикрепляются к типу микротрубочек, называемых волокнами кинетохор. Эти волокна взаимодействуют с полярными волокнами веретена, соединяя кинетохоры с полярными волокнами, что стимулирует миграцию хромосом к ядру. Эту часть процесса иногда называют прометафазой, потому что она происходит непосредственно перед метафазой.

Метафаза

В самом начале метафазной стадии пары конденсированных хромосом выстраиваются вдоль экватора вытянутой клетки. Поскольку они уплотнены, они могут двигаться легче, не запутываясь.

Во время метафазы ядерная мембрана полностью исчезает. В клетках животных две пары центриолей располагаются на противоположных полюсах, а полярные волокна продолжают простираться от полюсов к центру. Хромосомы движутся случайным образом до тех пор, пока они не прикрепятся с обеих сторон их центромер к полярным волокнам.

Хромосомы располагаются на метафазной пластинке под прямым углом к ​​полюсам веретена и удерживаются там равными силами полярных волокон, оказывающих давление на центромеры хромосом. Метафазная пластинка не является физической структурой — это просто термин для плоскости, в которой расположены хромосомы.

Прежде чем перейти к следующей стадии анафазы, происходит проверка, все ли хромосомы находятся на метафазной пластинке, а кинетохоры правильно прикреплены к микротрубочкам. Это называется контрольной точкой шпинделя. Она обеспечивает равномерное распределение пар хромосом, также называемых сестринскими хроматидами, между двумя дочерними на стадии анафазы. Если хромосома неправильно выровнена или прикреплена, деление прекратится до тех пор, пока проблема не будет решена.

В редких случаях она не прекращает деление, и при митозе допускаются ошибки. Это может привести к изменениям ДНК, которые потенциально могут привести к генетическим нарушениям.

Анафаза

Во время анафазы сестринские хроматиды тянутся к противоположным полюсам (концам) вытянутой клетки. Белковый «клей», удерживающий их вместе, разрушается, позволяя им развалиться. Это означает, что дубликаты ДНК клетки оказываются по обе стороны от клетки и готовы полностью разделиться. Каждая сестринская хроматида теперь является собственной «полной» хромосомой. Теперь они называются дочерними хромосомами. На этом этапе микротрубочки становятся короче, что позволяет начать процесс разделения клеток.

Дочерние хромосомы проходят через механизм веретена, чтобы достичь противоположных полюсов. Когда хромосомы приближаются к полюсу, они сначала мигрируют центромерами, а волокна кинетохор сокращаются.

Телофаза

На заключительной стадии телофазы деление практически завершено. Оболочка ядра, которая ранее была разрушена, чтобы позволить микротрубочкам получить доступ и рекрутировать хромосомы к экватору делящейся клетки, превращается в две новые ядерные оболочки вокруг разделённых сестринских хроматид. Телофазу ещё называют обратной профазой, потому что во время профазы происходит спирализация и укорочение хромосом, а во время телофазы — деспирализация

Полярные волокна продолжают удлиняться, и ядра начинают формироваться на противоположных полюсах, создавая ядерные оболочки из оставшихся частей ядерной оболочки родительской клетки, плюс части эндомембранной системы. Митотический веретен распадается на свои строительные блоки, и образуются два новых ядра — по одному на каждый набор хромосом. Во время этого процесса вновь появляются ядерные мембраны и ядрышки, и хроматиновые волокна хромосом раскрываются, возвращаясь к своей прежней нитевидной форме.

После телофазы митоз практически завершён — удвоение произошло. Тем не менее, деление не завершено, пока не произойдёт цитокинез.

Цитокинез

Цитокинез — это деление цитоплазмы, начинающееся до окончания анафазы и заканчивающееся вскоре после телофазной стадии митоза.

Во время цитокинеза кольцо белков, называемых актином и миозином (те же белки, что и в мышцах), сжимает вытянутую клетку в две совершенно новые. Группа нитей из белка под названием актин ответственна за защемление, создавая складку, так называемую борозду расщепления.

Процесс отличается в растениях, потому что они имеют клеточную стенку и слишком жёсткие, чтобы делиться таким образом. В растительных клетках структура, называемая клеточной пластинкой, формируется в их середине, разделяя её на две дочерние с новой стенкой между ними.

В этот момент цитоплазма поровну поделена между двумя новыми клетками, каждая из которых генетически идентична, содержит собственное ядро ​​и полную копию ДНК организма. Теперь они начинают свой собственный путь и могут сами повторять процесс митоза в зависимости от того, кем они становятся.

Таблица по фазам

Фаза	Процесс
Профаза	Хромосомы становятся видимыми в результате спирализации. Каждая хромосома состоит из двух хроматид. Ядерная оболочка и ядрышко разрушаются.
Метафаза	Хромосомы располагаются по экватору, образуется двухполюсное митотическое веретено.
Анафаза	Центромеры делятся и хроматиды расходятся с помощью нитей митотического веретена к полюсам.
Телофаза	Исчезает митотическое веретено. Вокруг разошедшихся хромосом образуются новые ядерные оболочки. Образование двух клеток.

Последовательная схема

Биологическое значение

Митоз является одним из способов репликации в биологии. У одноклеточных организмов митоз является единственной жизнеспособной формой размножения. У сложных организмов роль митоза заключается в восстановлении повреждённых тканей и помощи организму осуществлять рост. Основными целями митоза являются:

• Бесполое размножение. В одноклеточном организме (амёбе) митоз — это способ размножения.
• Рост. По мере старения растений и животных, большинство из них увеличивается в размерах. Митоз создаёт клетки, необходимые для увеличения массы тела, а также большее их число, чтобы справиться с ростом, например, новые клетки крови. Особенностью является то, что не все клетки человеческого организма подвергаются митозу или другим формам размножения, например, нервные и мышечные.
• Регенерация. Некоторые животные могут регенерировать части тела. Когда организм получает травму, возникает процесс деления, чтобы заменить повреждённые клетки. Этот ремонт особенно важен для кожи и кровеносных сосудов, которые защищают и насыщают кислородом мышцы и органы в организме. Митоз также помогает заменить кровь, потерянную через рану. В некоторых организмах, таких как ящерицы, митоз может заменить целые потерянные конечности, такие как хвосты или ноги.
• Ошибки. Поскольку митоз так важен для восстановления и роста, при появлении ошибок возникают серьёзные проблемы. Одной из основных разновидностей осложнений является рак. Мутации в ДНК могут происходить во время процесса митоза, и если они не пойманы, могут возникнуть раковые клетки. Ошибки также могут возникать во время развития плода, что приводит к хромосомным расстройствам, таким как синдром Дауна и синдром Тёрнера.

Эукариоты и прокариоты

Митоз встречается только в эукариотах. Прокариоты, в которых отсутствует ядро, делятся с помощью другого процесса, называемого бинарным делением. Митоз варьируется между организмами. Например, в организме животных происходит открытый митоз, где ядерная оболочка разрушается до того, как хромосомы отделяются, тогда как грибы подвергаются закрытому митозу, где хромосомы делятся внутри неповреждённого ядра.

Большое количество клеток животных претерпевает изменение формы, известное как округление митотических клеток, чтобы принять почти сферическую морфологию в начале митоза. Большинство клеток человека получаются путём деления митотических клеток. Важные исключения включают гаметы — сперматозоиды и яйцеклетки, которые получаются в процессе мейоза.

Источник: nauka.club