Одним из важнейших процессов в индивидуальном развитии живого организма является митоз. В данной статье мы кратко и понятно постараемся объяснить, какие процессы происходят во время деления клетки, расскажем о биологическом значении митоза.
Определение понятия
Из учебников за 10 класс по биологии мы знаем, что митоз – деление клетки, в результате которого из одной материнской клетки образуются две дочерние с тем же самым набором хромосом.
В переводе с древнегреческого языка термин «митоз» обозначает «нить». Это как связующее звено между старыми и новыми клетками, в которых сохраняется генетический код.
Процесс деления в целом начинается от ядра и заканчивается цитоплазмой. Именуется он как митотический цикл, который состоит из стадии митоза и интерфазы. В результате деления диплоидной соматической клетки образуется две дочерние клетки. Благодаря такому процессу происходит увеличение числа клеток тканей.
Стадии митоза
Исходя из морфологических особенностей, процесс деления распределяют на такие стадии:
- Профаза ;
На данном этапе ядро уплотняется, внутри него конденсируется хроматин, который закручивается в спираль, под микроскопом просматриваются хромосомы.
ТОП-4 статьи которые читают вместе с этой
Под влиянием ферментов ядра и их оболочки растворяются, хромосомы в этом периоде беспорядочно располагаются в цитоплазме. Позднее происходит разделение центриолей к полюсам, образовывается веретено деления клеток, нити которого крепятся к полюсам и хромосомам.
Для данной стадии характерно удвоение ДНК, но пары хромосом ещё держатся друг друга.
Перед стадией профазы у растительной клетки идёт подготовительная фаза - препрофаза. В чём заключается подготовка клетки к митозу можно понять на данном этапе. Для него характерными являются образование препрофазного кольца, фрагмосомы, а также нуклеация микротрубочек вокруг ядра.
- Прометафаза ;
На этом этапе хромосомы приходят в движение и направляются к ближайшему полюсу.
Во многих учебных пособиях препрофазу и прометофазу относят к стадии профазы.
- Метафаза ;
На начальном этапе хромосомы находятся в экваториальной части веретена, так что давление полюсов действует на них равномерно. В ходе данной стадии число микротрубочек веретена постоянно растёт и обновляется.
Хромосомы выстраиваются парами в спираль вдоль экватора веретена в строгом порядке. Хроматиды постепенно отсоединяются, но ещё держатся за нити веретена.
- Анафаза ;
На этом этапе происходит удлинение хроматид, которые постепенно расходятся к полюсам, так как нити веретена сокращаются. Образуются дочерние хромосомы.
По времени это самая короткая фаза. Сестринские хроматиды внезапно разделяются и отходят к разным полюсам.
- Телофаза ;
Является последней фазой деления, когда хромосомы удлиняются, и формируется новая ядерная оболочка около каждого полюса. Нити, из которых состояло веретено, полностью разрушаются. На этом этапе делится цитоплазма.
Завершение последней стадии совпадает с разделением материнской клетки, которое называется цитокинезом. Именно от прохождения этого процесса зависит, сколько клеток образуется при делении, их может быть две и более.
Рис. 1. Стадии митоза
Значение митоза
Биологическое значение процесса деления клеток неоспоримо.
- Именно благодаря ему возможно поддержание постоянного набора хромосом.
- Воспроизведение идентичной клетки возможно только путём митоза. Таким способом заменяются клетки кожи, эпителия кишечника, кровяных клеток эритроцитов, жизненный цикл которых составляет всего 4 месяца.
- Копирование, а значит и сохранение генетической информации.
- Обеспечение развития и роста клеток, благодаря чему многоклеточный организм образуется из одноклеточной зиготы.
- При помощи такого деления возможна регенерация частей тела у некоторых живых организмов. Например, у морской звезды восстанавливаются лучи.
Рис. 2. Регенерация морской звезды
- Обеспечение бесполого размножения. Например, почкование гидры, а также вегетативное размножение растений.
Рис. 3. Почкование гидры
Что мы узнали?
Деление клеток называется митозом. Благодаря ему копируется и сохраняется генетическая информация клетки. Процесс происходит в несколько этапов: подготовительная фаза, профаза, метафаза, анафаза, телофаза. В результате образуется две дочерние клетки, которые полностью похожи на первоначальную материнскую клетку. В природе значение митоза велико, так как благодаря ему возможно развитие и рост одноклеточных и многоклеточных организмов, регенерация некоторых частей тела, бесполое размножение.
Тест по теме
Оценка доклада
Средняя оценка: 4.6 . Всего получено оценок: 437.
Митоз (кариокинез) – это непрямое деление клетки, в котором выделяют фазы: профаза, метафаза, анафаза и телофаза.
1. Профаза характеризуется:
1) хромонемы спирализуются, утолщаются и укорачиваются.
2) ядрышки исчезают, т.е. хромонема ядрышка упаковывается к хромосомам, имеющим вторичную перетяжку, которую называют ядрышковый организатор.
3) в цитоплазме образуется два клеточных центра (центриолей) и формируются нити веретена деления.
4) в конце профазы, распадается ядерная оболочка и хромосомы оказываются в цитоплазме. Набор хромосом профазы составляет - 2п4с.
2. Метафаза характеризуется:
1) к центромерам хромосом прикрепляются нити веретена деления и хромосомы начинают двигаться и выстраиваются на экваторе клетки.
2) метафазу называют «паспортом клетки», т.к. хорошо видно, что хромосома состоит из двух хроматид. Хромосомы максимально спирализованы, хроматиды начинают отталкиваться друг от друга, но еще соединены в области центромера. На этой стадии изучают кариотип клеток, т.к. четко видно число и форма хромосом. Фаза очень короткая.
Набор хромосом метафазы составляет - 2п4с.
3. Анафаза характеризуется:
1) центромеры хромосом делятся и сестринские хроматиды расходятся к полюсам клетки и становятся самостоятельными хроматидами, которые называют дочерними хромосомами. На каждом полюсе в клетке находится по диплоидному набору хромосом.
Набор хромосом анафазы составляет - 4п4с.
4. Телофаза характеризуется:
Однохроматидные хромосомы деспирализуются у полюсов клетки, образуются ядрышки, восстанавливается ядерная оболочка.
Набор хромосом телофазы составляет - 2п2с.
Телофаза заканчивается цитокинезом. Цитокинез – процесс разделения цитоплазмы между двумя дочерними клетками. Цитокинез происходит по разному у растений и животных.
В животной клетке. На экваторе клетки появляется кольцевидная перетяжка, которая углубляется и полностью перешнуровывает тело клетки. В результате образуется две новые клетки вдвое меньше материнской клетки. В области перетяжки много актина, т.е. в движении играют роль микрофиламенты.
Цитокинез идет путем перетяжки.
В растительной клетке. На экваторе, в центре клетки в результате скопления пузырьков диктиосом комплекса Гольджи, образуется клеточная пластинка, которая разрастается от центра к периферии и приводит к разделению материнской клетки на две клетки. В дальнейшем перегородка утолщается, за счет отложения целлюлозы, образуя клеточную стенку. Цитокинез идет путем перегородки.
Биологический смысл митоза
В результате митоза образуется две дочерние клетки с таким же набором хромосом, как и материнская клетка.
Схема митоза
| Код раздела | Код контролируемого элемента | Элементы содержания, проверяемые знаниями КИМ |
| 2 | Клетка как биологическая система |
|
| Хромосомы, их строение (форма и размеры) и функции. Число хромосом и их видовое постоянство. Определение набора хромосом в соматических и половых клетках. Жизненный цикл клетки: интерфаза и митоз. Митоз – деление соматических клеток. Мейоз. Фазы митоза и мейоза. Развитие половых клеток у растений и животных. Сходство и отличие митоза и мейоза, их значение. Деление клетки – основа роста, развития и размножения организмов. |
||
Часть А
1.Какие структуры клетки распределяются строго равномерно между дочерними клетками в процессе митоза:
1) рибосомы 3) хлоропласты
2) митохондрии 4) хромосомы
2.Прикрепление нитей веретена деления к хромосомам происходит в:
1) интерфазе 3) метафазе
2) профазе 4) анафазе
3. В профазе митоза не происходит :
1) растворения ядерной оболочки
2) формирования веретена деления
3) удвоения ДНК
4) растворения ядрышек
4.Расхождение хроматид к полюсам клетки происходит в:
1) анафазе 3) профазе
2) телофазе 4) метафазе
5.Хромосомный набор в клетках организма называют:
1) кариотипом 3) генотипом
2) фенотипом 4) геномом
6.Клеточный центр в процессе митоза отвечает за:
1) биосинтез белков
2) спирализацию хромосом
3) перемещение цитоплазмы
4) образование веретена деления
7.Новые соматические клетки в многоклеточном организме животного образуются в результате:
1) мейоза 3) овогенеза
2) митоза 4) сперматогенеза
8.Удвоение ДНК и образование двух хроматид происходит в:
1) профазе первого деления мейоза
2) профазе второго деления мейоза
3) интерфазе перед первым делением
4) интерфазе перед вторым делением
9.В основе образования двух хроматид в хромосомах лежит процесс:
1) самоудвоения ДНК 3) спирализации ДНК
2) синтеза и-РНК 4) формирования рибосом
10.Сохранение постоянного числа хромосом в клетках при вегетативном размножении обеспечивается:
1) мейотическим делением 3) митотическим делением
2) движением цитоплазмы 4) сперматогенезом
11.Расхождение гомологичных хромосом происходит в:
1) анафазе мейоза I 3) метафазе мейоза II
2) метафазе мейоза I 4) анафазе мейоза II
12.По каким признакам можно узнать анафазу митоза:
1) беспорядочному расположению спирализованных хромосом в цитоплазме
2) выстраиванию хромосом в экваториальной плоскости клетки
3) расхождению дочерних хроматид к противоположным полюсам клетки
4) деспирализации хромосом и образованию ядерных оболочек вокруг двух ядер
13.В телофазе митоза происходит:
1) удвоение ДНК
2) спирализация хромосом
3) расхождение гомологичных хромосом
4) формирование ядер дочерних клеток
14.Мейоз отличается от митоза:
1) процессом кроссинговера и конъюгацией хромосом
2) наличием профазы, метафазы, анафазы и телофазы
3) меньшей продолжительностью
4) наличием веретена деления
15.В анафазе митоза происходит:
1) спирализация гомологичных хромосом
2) расхождение гомологичных хромосом
3) разделение цитоплазмы
4) удвоение ДНК
16.Спирализация хромосом при митозе происходит в:
1) анафазе 3) телофазе
2) метафазе 4) профазе
17.В профазу митоза не происходит :
1) спирализации хромосом
2) восстановления ядерной оболочки
3) образования веретена деления
4) растворения ядерной оболочки
18.В клеточном цикле репликация ДНК происходит в:
1) интерфазе 3) метафазе
2) профазе 4) анафазе
19.Деление митозом не характерно для клеток:
1) красных водорослей
2) гидры
3) кишечной палочки
4) мукора
20.Хромосомы, одинаковые у самок и самцов, называются:
1) половыми хромосомами 3) рибосомами
2) аутосомами 4) лизосомами
21.При первом делении мейоза к полюсам делящейся клетки расходятся:
1) целые хромосомы из гомологичных пар
2) сестринские хроматиды
3) фрагменты хромосом из гомологичных пар
4) фрагменты негомологичных хромосом
22.При митозе хромосомы выстраиваются в ряд на клеточном экваторе во время:
1) телофазы 3) метафазы
2) профазы 4) анафазы
23.В отличие от митоза мейоз:
1) состоит из двух делений
2) не сопровождается спирализацией хромосом
3) характерен для клеток бактерий
4) наблюдается у вирусов
24.Перетяжка хромосомы, соединяющая две хроматиды, называется:
1) центросомой 3) центромерой
2) акросомой 4) центриолью
25.Соматические клетки человека содержат:
1) 46 пар хромосом 3) 23 пары хромосом
2) 92 пары хромосом 4) 32 пары хромосом
26.Профаза I мейоза отличается от профазы митоза:
1) спирализацией хромосом
2) наличием конъюгации и кроссинговера
3) образованием веретена деления
4) разрушением хромосом
27.Деление митозом не характерно для клеток:
1) простейших 3) грибов
2) бактерий 4) растений
28.Очередность стадий митоза следующая:
1)метафаза, телофаза, профаза, анафаза 3)профаза, метафаза, телофаза, анафаза
2)профаза, метафаза, анафаза, телофаза 4)телофаза, профаза, метафаза, анафаза.
29.Самой продолжительной фазой митоза является:
1) профаза 3) анафаза
2) метафаза 4) телофаза.
30.При митозе расхождение гомологичных хромосом к полюсам клетки происходит в:
1) профазе 3) анафазе
2) метафазе 4) нет верного ответа
31.При митозе деление цитоплазмы клетки происходит в:
1) интерфазе 3) метафазе
2) профазе 4) телофазе
32.Удвоение хромосом происходит в:
1) интерфазе 3) метафазе
2) профазе 4) телофазе
33.Редукция числа хромосом происходит во время:
1) анафазы митоза 3) II деления мейоза
2) I деления мейоза 4) во всех перечисленных случаях.
34.Перекрест хромосом происходит в процессе:
1) митоза 3) репликации ДНК
2) мейоза 4) транскрипции.
35.В анафазе митоза происходит расхождение:
1) дочерних хромосом 3) негомологичных хромосом
2) гомологичных хромосом 4) органоидов клетки
36.Бивалентами называются:
1) перетяжки в хромосомах, к которым прикрепляются нити веретена деления
2) половинки хромосом, которые расходятся во время митоза
3) слившиеся гомологичные хромосомы при мейозе
4) деспирализованные, невидимые в микроскоп хромосомы
37. Биологическое значение мейоза заключается в обеспечении:
1) генетической стабильности
2) регенерации тканей и увеличении числа клеток в организме
3) генетической изменчивости
4) бесполого размножения
38. В результате митоза образуются:
1) соматические клетки
2) яйцеклетки
3) сперматозоиды
4) все перечисленные клетки
39. Набор хромосом, в котором каждая хромосома имеет парную гомологичную, называется:
1) гаплоидным
2) диплоидным
3) триплоидным
4) тетраплоидным
40. При развитии половых клеток у животных в половых железах в зоне размножения происходит деление клеток6
1) мейозом
2) митозом
3) амитозом
4) простым бинарным делением
41. При образовании гамет у человека редукционное деление происходит на стадии:
1)размножения 3) созревания
2) роста 4) формирования
42. У животных в процессе митоза, в отличие от мейоза, образуются клетки:
1)соматические
2) с половинным набором хромосом
3) половые
4) споровые
43. митоз в многоклеточном организме составляет основу:
1) гаметогенеза
2) роста и развития
3) обмена веществ
4) процессов саморегуляции
44. В процессе митоза каждая дочерняя клетка получает такой же набор хромосом, как и материнская, потому что:
1) в профазе происходит спирализация хромосом
2) происходит деспирализация хромосом
3) в интерфазе ДНК самоудваивается, в каждой хромосоме образуется по две хроматиды
4) каждая клетка содержит по две гомологичные хромосомы
Часть В
Выберите три верных ответа из шести.
1.Биологическое значение мейоза заключается в:
1) редукции числа хромосом
2) образовании мужских и женских гамет
3) образовании соматических клеток
4) создании возможностей возникновения новых генных комбинаций
5) увеличении числа клеток в организме
6) кратном увеличении набора хромосом
2.Во время митоза не происходит:
1)спирализация хромосом
2) расхождение хромосом к полюсам делящейся клетки
3) кроссинговер
4) репликация ДНК
5) фотолиз воды
6) образование веретена деления
3.Для оогенеза характерно:
1) наличие стадии формирования
2) накопление питательных веществ в ооците первого порядка
3) образование четырёх половых клеток
4) отмирание полярных телец
5) протекание множественных митотических делений на стадии созревания
6) протекание множественных мейотических делений на стадии созревания
4. Оогенез в отличие от сперматогенеза:
1) имеет более выраженную стадию роста
2) не содержит стадии размножения
3) не содержит стадии формирования
4) заканчивается образованием одной половой клетки
5) на стадии созревания представлен митозом
6) у человека заканчивается в эмбриональном периоде
5.Яйцеклетка, в отличие от сперматозоида, характеризуется:
1) гаплоидным набором хромосом
2) диплоидным набором хромосом
3) большим запасом питательных веществ
4) более крупными размерами
5) неподвижностью
6) активным движением
Задания на установление последовательности биологических объектов, процессов, явлений. Ответ записать в виде последовательности букв.
1.Укажите последовательность образования клеток при сперматогенезе:
А) сперматиды
Б) сперматогонии
В) сперматоциты 2-го порядка
Г) сперматозоиды
Д) первичные половые клетки
Е) сперматоциты 1-го порядка
2.Укажите последовательность явлений и процессов, происходящих при подготовке к митозу и во время его.
А) расхождение дочерних хроматид к полюсам клетки
Б) спирализация хромосом
В) деспирализация хромосом
Г) удвоение клеточной ДНК
Д) формирование интерфазных ядер дочерних клеток
Е) присоединение хромосом к нитям веретена деления
3. Укажите последовательность явлений и процессов, происходящих в процессе мейоза.
А) расхождение хроматид
Б) конъюгация гомологичных хромосом
В) образование четырёх гаплоидных клеток
Г) спирализация хромосом делящейся диплоидной клетки
Д) расхождение гомологичных хромосом
Е) обмен участками между гомологичными хромосомами
Задания на нахождение соответствия. Ответ необходимо записать в виде последовательности цифр.
1.Установите соответствие между фазой митоза и событиями, которые во время неё происходят:
2.Укажите соответствие между фазой гаметогенеза и происходящими во время неё событиями:
Часть С
1.Каковы механизмы, обеспечивающие постоянство числа хромосом у потомков при половом размножении?
Ответы.
1.-4 2.-3 3.-3 4.- 4 5.-1 6.-4 7.-2 8.-3 9.-1 10.-3
11.-1 12.-3 13.-4 14.-1 15.-2 16.-3 17.-2 18.-1 19.-3 20.-2
21.-1 22.-3 23.-4 24.-3 25.-3 26.-2 27.-4 28.-2 29.-1 30.-4
31.-4 32.-1 33.-2 34.-2 35.-1 36.-3 37.-3 38.-1 39.-2 40.-2
41.-3 42.-1 43.-2 44.-3
3из6:
Последовательность букв:
В1- ДБЕВАГ
В2- ГБЕАВД
В3- ГБЕДАВ
На соответствие:
С1:
Закономерное расхождение хромосом в процессе мейоза обеспечивает точное распределение гаплоидного числа хромосом по гаметам.
При оплодотворении у зиготы восстанавливается диплоидный набор хромосом, соответствующий родительскому набору.
Последующие митотические деления обеспечивают одинаковое число хромосом в клетках тела потомков, в том числе и в клетках предшественников половых клеток.
Деление клетки является центральным моментом размножения.
В процессе деления из одной клетки возникают две. Клетка на основе ассимиляции органических и неорганических веществ создает себе подобную с характерным строением и функциями.
В делении клетки можно наблюдать два основных момента: деление ядра - митоз и деление цитоплазмы - цитокинез, или цитотомия. Основное внимание генетиков до сих пор приковывает митоз, поскольку, с точки зрения хромосомной теории, ядро считается «органом» наследственности.
В процессе митоза происходит:
- удвоение вещества хромосом;
- изменение физического состояния и химической организации хромосом;
- расхождение дочерних, точнее сестринских, хромосом к полюсам клетки;
- последующее деление цитоплазмы и полное восстановление двух новых ядер в сестринских клетках.
Таким образом, в митозе заложен весь жизненный цикл ядерных генов: удвоение, распределение и функционирование; в результате завершения митотического цикла сестринские клетки оказываются с равным «наследством».
При делении ядро клетки проходит пять последовательных стадий: интерфазу, профазу, метафазу, анафазу и телофазу; некоторые цитологи выделяют еще шестую стадию - прометафазу.
Между двумя последовательными делениями клетки ядро находится в стадии интерфазы. В этот период ядро при фиксации и Окраске имеет сетчатую структуру, образуемую красящимися тонкими нитями, которые в следующей фазе формируются в хромосомы. Хотя интерфазу называют иначе фазой покоящегося ядра , на самом теле метаболические процессы в ядре в этот период совершаются с наибольшей активностью.
Профаза - первая стадия подготовки ядра к делению. В профазе сетчатая структура ядра постепенно превращается в хромосомные нити. С самой ранней профазы даже в световом микроскопе можно наблюдать двойную природу хромосом. Это говорит о том, что в ядре именно в ранней или поздней интерфазе осуществляется наиболее важный процесс митоза - удвоение, или редупликация, хромосом, при котором каждая из материнских хромосом строит себе подобную - дочернюю. Вследствие этого каждая хромосома выглядит продольно удвоенной. Однако эти половинки хромосом, которые называются сестринскими хроматидами , в профазе не расходятся, так как удерживаются вместе одним общим участком - центромерой; центромерный участок делится позже. В профазе хромосомы претерпевают процесс скручивания по своей оси, что приводит к их укорочению и утолщению. Нужно подчеркнуть, что в профазе каждая хромосома в кариолимфе располагается случайно.
В клетках животных еще в поздней телофазе или очень ранней интерфазе происходит удвоение центриоли, после чего в профазе начинается схождение дочерних центриолей к полюсам и образований астросферы и веретена, называемого новым аппаратом. В это же время растворяются ядрышки. Существенным признаком окончания профазы является растворение оболочки ядра, в результате чего хромосомы оказываются в общей, массе цитоплазмы и кариоплазмы, которые теперь образуют миксоплазму. Этим заканчивается профаза; клетка вступает в метафазу.
В последнее время между профазой и метафазой исследователи стали выделять промежуточную стадию, называемую прометафазой . Прометафаза характеризуется растворением и исчезновением ядерной оболочки и движением хромосом к экваториальной плоскости клетки. Но к этому моменту еще не завершается образование ахроматинового веретена.
Метафазой называют стадию окончания расположения хромосом на экваторе веретена. Характерное расположение хромосом в экваториальной плоскости называют экваториальной, или метафазной, пластинкой. Расположение хромосом по отношению друг к другу является случайным. В метафазе хорошо выявляются число и форма хромосом, в особенности при рассмотрении экваториальной пластинки с полюсов деления клетки. Ахроматиновое веретено полностью сформировано: нити веретена приобретают плотную консистенцию чем остальная масса цитоплазмы, и прикрепляются к центромерному участку хромосомы. Цитоплазма клетки в этот период имеет наименьшую вязкость.
Анафазой называют следующую фазу митоза, в которой делятся хроматиды, которые теперь можно назвать уже сестринскими или дочерними хромосомами, расходятся к полюсам. При этом отталкиваются друг от друга в первую очередь центромерные участки, а затем расходятся к полюсам сами хромосомы. Нужно сказать, что расхождение хромосом в анафазе начинается одновременно - «как по команде» - и завершается очень быстро.
В телофазе дочерние хромосомы деспирализуются и утрачивают видимую индивидуальность. Образуются оболочка ядра и само ядро. Ядро реконструируется в обратном порядке по сравнению с теми изменениями, которые оно претерпевало в профазе. В конце концов восстанавливаются и ядрышки (или ядрышко), причем в том количестве, в каком они присутствовали в родительских ядрах. Число ядрышек является характерным для каждого типа клеток.
В это же время начинается симметричное разделение тела клетки. Ядра же дочерних клеток переходят в состояние интерфазы.
Нa рисунке выше приведена схема цитокинеза животной и растительной клеток. В животной клетке деление происходит путем перешнуровывания цитоплазмы материнской клетки. В растительной клетке формирование клеточной перегородки идет при участки бляшек веретена, образующих в плоскости экватора перегородку, называемую фрагмопластом. Этим заканчивается митотический цикл. Продолжительность его зависит, по-видимому, от типа ткани, физиологического состояния организма, внешних факторов (температуры, светового режима) и длится от 30 мин до 3 ч. По данным разных авторов, скорость прохождения отдельных фаз изменчива.
Как внутренние, так и внешние факторы среды, действующие на рост организма и его функциональное состояние, влияют на продолжительность клеточного деления и его отдельных фаз. Поскольку ядро играет огромную роль в метаболических процессах клетки, естественно полагать, что длительность фаз митоза может изменяться в соответствии с функциональным состоянием ткани органа. Например, установлено, что во время покоя и сна животных митотическая активность различных тканей значительно выше, чем в период бодрствования. У ряда животных частота клеточных делений на свету снижается, а в темноте увеличивается. Предполагают также, что на митотическую активность клетки влияют гормоны.
Причины, определяющие готовность клетки к делению, до сих пор остаются невыясненными. Есть основания предполагать несколько таких причин:
- удвоение массы клеточной протоплазмы, хромосом и других органелл, в силу чего нарушаются ядерно-плазменные отношения; для деления клетка должна достигнуть определенных веса и объема, характерных для клеток данной ткани;
- удвоение хромосом;
- выделение хромосомами и другими органеллами клетки специальных веществ, стимулирующих клеточное деление.
Механизм расхождения хромосом к полюсам в анафазе митоза также остается невыясненным. Активную роль в этом процессе, видимо, играют нити веретена, представляющие организованные и ориентированные центриолями и центромерами белковые нити.
Характер митоза, как мы уже говорили, меняется в зависимости от типа и функционального состояния ткани. Для клеток разных тканей характерны различные типы митозов, В описанном типе митоза деление клетки происходит равным и симметричным образом. В результате симметричного митоза сестринские клетки являются наследственно равноценными в отношении как ядерных генов, так и цитоплазмы. Однако, кроме симметричного, встречаются и другие типы митоза, а именно: асимметричный митоз, митоз с задержкой цитокинеза, деление многоядерных клеток (деление синцитиев), амитоз, эндомитоз, эндорепродукция и политения.
В случае асимметричного митоза сестринские клетки оказываются неравноценными по размеру, количеству цитоплазмы, а также в отношении их дальнейшей судьбы. Примером этого могут служить неодинакового размера сестринские (дочерние) клетки нейробласта кузнечика, яйцеклетки животных при созревании и при спиральном дроблении; при делении ядер в пыльцевых зернах одна из дочерних клеток может в дальнейшем делиться, другая - нет, и т. д.
Митоз с задержкой цитокинеза характеризуется тем, что ядро клетки делится многократно, и лишь затем происходит деление тела клетки. В результате такого деления образуются многоядерные клетки вроде синцития. Примером этого служит образование клеток эндосперма и образование спор.
Амитозом называют прямое деление ядра без образования фигур деления. При этом деление ядра происходит путем «перешнуровывания» его на две части; иногда из одного ядра образуется сразу несколько ядер (фрагментация). Амитоз постоянно встречается в клетках ряда специализированных и патологических тканей, например в раковых опухолях. Его можно наблюдать при воздействиях различных повреждающих агентов (ионизирующие излучения и высокая температура).
Эндомитозом называют такой процесс, когда происходит удвоение деления ядер. При этом хромосомы, как и обычно, репродуцируются в интерфазе, но последующее расхождение их происходит внутри ядра с сохранением ядерной оболочки и без образования ахроматинового веретена. В некоторых случаях хотя и растворяется оболочка ядра, однако расхождение хромосом к полюсам не осуществляется, вследствие чего в клетке происходит умножение числа хромосом даже в несколько десятков раз. Эндомитоз встречается в клетках различных тканей как растений, так и животных. Так, например, А. А. Прокофьева-Бельговская показала, что путем эндомитоза в клетках специализированных тканей: в гиподерме циклопа, жировом теле, перитонеальном эпителии и других тканях кобылки (Stenobothrus) - набор хромосом может увеличиваться в 10 раз. Такое умножение числа хромосом связано с функциональными особенностями дифференцированной ткани.
При политении происходит умножение числа хромосомных нитей: после редупликации по всей длине они не расходятся и остаются прилегающими друг к другу. В этом случае умножается число хромосомных нитей в пределах одной хромосомы, в результате диаметр хромосом заметно увеличивается. Число таких тонких нитей в политенной хромосоме может достигать 1000-2000. В этом случае образуются так называемые гигантские хромосомы. При политении выпадают все фазы митотического цикла, кроме основной - репродукции первичных нитей хромосомы. Явление политении наблюдается в клетках ряда дифференцированных тканей, например в ткани слюнных желез двукрылых, в клетках некоторых растений и простейших.
Иногда имеет место удвоение одной или нескольких хромосом без каких-либо преобразований ядра - такое явление называется эндорепродукцией .
Итак, все фазы митоза клетки, составляющие , являются обязательными лишь для типичного процесса.
некоторых случаях, главным образом в дифференцированных тканях, митотический цикл претерпевает изменения. Клетки таких тканей утратили способность к воспроизведению целого организма, и метаболическая деятельность их ядра приспособлена к функции поциализированной ткани.
Эмбриональные и меристемные клетки, не утратившие функцию воспроизведения целого организма и относящиеся к недифференцированным тканям, сохраняют полный цикл митоза, на чем и основывается бесполое и вегетативное размножение.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
Митоз - это наиболее распространенный способ деления эукариотических клеток. При митозе геномы каждой из двух образовавшихся клеток идентичны между собой и совпадают с геномом исходной клетки.
Митоз является последним и обычно самым коротким по времени этапом клеточного цикла. С его окончанием жизненный цикл клетки заканчивается и начинаются циклы двух новообразовавшихся.
Диаграмма иллюстрирует длительность этапов клеточного цикла. Буквой M - обозначен митоз. Наибольшая скорость митоза наблюдается в зародышевых клетках, наименьшая - в тканях с высокой степенью дифференциации, если их клетки вообще делятся.
Хотя митоз рассматривают независимо от интерфазы, состоящей из периодов G 1 , S и G 2 , подготовка к нему происходит именно в ней. Самым важным моментом является репликация ДНК, происходящая в синтетическом (S) периоде. После репликации каждая хромосома состоит уже из двух идентичных хроматид. Они сближены по всей своей длине и соединены в области центромеры хромосомы.
В интерфазе хромосомы находятся в ядре и представляют собой клубок тонких очень длинных хроматиновых нитей, которые видны лишь под электронным микроскопом.
В митозе выделяют ряд последовательных фаз, которые также могут называться стадиями или периодами. При классическом упрощенном варианте рассмотрения выделяют четыре фазы. Это профаза, метафаза, анафаза и телофаза . Часто выделяют больше фаз: прометафазу (между профазой и метафазой), препрофазу (характерна для растительных клеток, предшествует профазе).
С митозом связан другой процесс – цитокинез , который протекает в основном в период телофазы. Можно сказать, что цитокинез является как бы составной частью телофазы, или оба процесса идут параллельно. Под цитокинезом понимают разделение цитоплазмы (но не ядра!) родительской клетки. Деление ядра называют кариокинезом , и оно предшествует цитокинезу. Однако при митозе как такового деления ядра не происходит, т. к. сначала распадается одно – родительское, потом образуются два новых – дочерних.
Бывают случаи, когда кариокинез происходит, а цитокинез - нет. В таких случаях образуются многоядерные клетки.
Длительность самого митоза и его фаз индивидуальна, зависит от типа клеток. Обычно профаза и метафаза является самыми длительными периодами.
Средняя продолжительность митоза около двух часов. Животные клетки обычно делятся быстрее, чем клетки растений.
При делении клеток эукариот обязательно образуется двухполюсное веретено деления, состоящее из микротрубочек и связанных с ними белков. Благодаря ему происходит равное распределение наследственного материала между дочерними клетками.
Ниже будет дано описание процессов, которые происходят в клетке в различные фазы митоза. Переход в каждую следующую фазу контролируется в клетке специальными биохимическими контрольными точками, в которых «проверяется», все ли необходимые процессы были правильно завершены. В случае наличия ошибок деление может остановиться, а может - и нет. В последнем случае возникают аномальные клетки.
Фазы митоза
Профаза
В профазе происходят следующие процессы (в основном параллельно):
Хромосомы конденсируются
Ядрышки исчезают
Ядерная оболочка распадается
Формируются два полюса веретена деления
Митоз начинается с укорочения хромосом. Составляющие их пары хроматид спирализуются, в результате чего хромосомы сильно укорачиваются и утолщаются. К концу профазы их можно увидеть в световой микроскоп.
Ядрышки исчезают, т. к. образующие их части хромосом (ядрышковые организаторы) находятся уже в спирализованном виде, следовательно, неактивны и не взаимодействуют между собой. Кроме того распадаются ядрышковые белки.
В клетках животных и низших растений центриоли клеточного центра расходятся по полюсам клетки и выступают центрами организации микротрубочек . Хотя у высших растений центриолей нет, микротрубочки также образуются.
От каждого центра организации начинают расходиться короткие (астральные) микротрубочки. Формируется структура похожая на звезду. У растений она не образуется. Их полюса деления более широкие, микротрубочки выходят не из малой, а из относительно широкой области.
Распад ядерной оболочки на мелкие вакуоли знаменует конец профазы.
Справа на микрофотографии зеленым цветом подсвечены микротрубочки, синим - хромосомы, красным – центромеры хромосом.
Также следует отметить, что в период профазы митоза происходи фрагментация ЭПС, она распадается на мелкие вакуоли; аппарат Гольджи распадается на отдельные диктиосомы.
Прометафаза
Ключевые процессы прометафазы идут большей часть последовательно:
Хаотичное расположение и движение хромосом в цитоплазме.
Соединение их с микротрубочками.
Движение хромосом в экваториальную плоскость клетки.
Хромосомы оказываются в цитоплазме, они беспорядочно двигаются. Оказавшись на полюсах, у них больше шансов скрепиться с плюс-концом микротрубочки. В конце концов нить прикрепляется к кинетохоре.
Такая кинетохорная микротрубочка начинает нарастать, чем отдаляют хромосому от полюса. В какой-то момент к кинетохоре сестринской хроматиды крепится другая микротрубочка, нарастающая с другого полюса деления. Она тоже начинает толкать хромосому, но уже в противоположном направлении. В результате хромосома становится на экваторе.
Кинетохоры представляют собой белковые образования на центромерах хромосом. Каждая сестринская хроматида имеет свой кинетохор, который «созревает» в профазе.
Кроме астральных и кинетохорных микротрубочек есть те, которые идут от одного полюса к другому, как бы распирают клетку в перпендикулярном экватору направлении.
Метафаза
Признаком начала метафазы является расположение хромосом по экватору , образуется так называемая метафазная, или экваториальная, пластинка . В метафазу хорошо видны количество хромосом, их отличия и то, что они состоят из двух сестринских хроматид, соединенных в районе центромеры.
Хромосомы удерживаются за счет сбалансированных сил натяжения микротрубочек разных полюсов.
Анафаза
Сестринские хроматиды разделяются, каждая двигается к своему полюсу.
Полюса удаляются друг от друга.
Анафаза самая короткая фаза митоза. Она начинается, когда центромеры хромосом разделяются на две части. В результате каждая хроматида становится самостоятельной хромосомой и оказывается прикреплена к микротрубочке одного полюса. Нити «тянут» хроматиды к противоположным полюсам. На самом деле микротрубочки разбираются (деполимеризуются), т. е. укорачиваются.
В анафазе животных клеток двигаются не только дочерние хромосомы, но и сами полюса. За счет других микротрубочек они расталкиваются, астральные микротрубочки прикрепляются к мембранам и тоже «тянут».
Телофаза
Движение хромосом останавливается
Хромосомы деконденсируются
Появляются ядрышки
Восстанавливается ядерная оболочка
Большая часть микротрубочек исчезает
Телофаза начинается, когда хромосомы перестают двигаться, остановившись у полюсов. Они деспирализуются, становятся длинными и нитевидными.
Микротрубочки веретена деления разрушаются от полюсов к экватору, т. е. со стороны своих минус-концов.
Вокруг хромосом образуется ядерная оболочка путем слияния мембранных пузырьков, на которые в профазе распалось материнское ядро и ЭПС. На каждом полюсе формируется свое дочернее ядро.
Поскольку хромосомы деспирализуются, ядрышковые организаторы становятся активными и появляются ядрышки.
Возобновляется синтез РНК.
Если на полюсах центриоли еще не парные, то около каждой достраивается парная ей. Таким образом на каждом полюсе воссоздается свой клеточный центр, который отойдет в дочернюю клетку.
Обычно телофаза заканчивается разделением цитоплазмы, т. е. цитокинезом.
Цитокинез
Цитокинез может начаться еще в анафазе. К началу цитокинеза клеточные органеллы распределяются относительно равномерно по полюсам.
Разделение цитоплазмы растительных и животных клеток происходит по-разному.
У животных клеток благодаря эластичности цитоплазматическая мембрана в экваториальной части клетки начинает впячиваться во внутрь. Образуется борозда, которая в конце концов смыкается. Другими словами, материнская клетка делится перешнуровкой.
В растительных клетках в телофазе нити веретена не исчезают в области экватора. Они сдвигаются ближе к цитоплазматической мембране, их количество увеличивается, и они образуют фрагмопласт . Он состоит из коротких микротрубочек, микрофиламентов, частей ЭПС. Сюда перемещаются рибосомы, митохондрии, комплекс Гольджи. Пузырьки Гольджи и их содержимое на экваторе образуют срединную клеточную пластинку, клеточные стенки и мембрану дочерних клеток.
Значение и функции митоза
Благодаря митозу обеспечивается генетическая стабильность: точное воспроизводство генетического материала в ряду поколений. Ядра новых клеток содержат столько же хромосом, сколько их содержала родительская клетка, и эти хромосомы являются точными копиями родительских (если, конечно, не возникли мутации). Другими словами, дочерние клетки генетически идентичны материнской.
Однако митоз выполняет и ряд других немаловажных функций:
рост многоклеточного организма,
бесполое размножение,
замещение клеток различных тканей у многоклеточных организмов,
у некоторых видов может происходить регенерация частей тела.