1.2. Деление клеток

В процессах наследования признаков при росте, ре­генерации и размножении организмов определяющую роль играет поведение хромосом при делении клеток. Су­ществуют три основных типа деления клеток.

Митоз (непрямое деле­ние ядра)

Происходит в сома­тических клетках жи­вотных и человека, в клетках растений. При делении одной исход­ной образуется две до­черние клетки. В про­цессе деления число хромосом в клетках не изменяется

Амитоз (прямое деление ядра) Встречается редко и представляет не­полноценное де­ление клеток, ут­ративших способ­ность к митозу. Характерен для зародышевых кле­ток млекопитающих

Мейоз

Происходит в клет­ках половых желез животных и чело­века, в клетках спорангиев (места, где образуются споры) растений

Наибольший интерес представляют митоз и мейоз, потому что практически все живые организмы в процессе своей жизнедеятельности либо размножаются, либо вос­станавливают утраченные клетки митозом, либо образу­ют при половом размножении половые клетки мейозом.

МИТОЗ

Жизненный цикл клетки, или клеточный цикл, —

последовательность событий, происходящих между обра­зованием клетки и ее делением на дочерние. В жизненном цикле клетки различают следующие периоды (рис. 3).

Рис. 3. Жизненный цикл клетки:

J — интерфаза (подготовительный пе­риод); Gj — пресинтетический период интерфазы; S — синтетический период интерфазы; G2 — постсинтетический период; M — митоз (собственно деле­ние клетки); П — профаза митоза; МФ — метафаза митоза; А — анафаза митоза; Т — телофаза митоза

Продолжительность клеточного цикла зависит от типа клетки и от внешних факторов среды (температуры, пи­тательных веществ, кислорода и др.).

Бактериальные клетки делятся каждые 20 минут, клетки кишечного эпителия — каждые 10 часов, клетки кончика корня лука — каждые 20 часов. Подготовка к делению (интерфаза) может идти до 20—22 часов. Соб­ственно митоз занимает в большинстве случаев до 2 ча­сов. Частота митоза в разных тканях и у разных видов растений, животных, в том числе и у человека, различ­на. Например, в красном костном мозге человека, где каждую секунду образуются 10млн красных клеток крови — эритроцитов — в секунду должно происходить 10 млн митозов. А в нервной ткани митозы крайне ред­ки: так, в центральной нервной системе (спинной и го­ловной мозг) клетки в основном перестают делиться уже в первые месяцы после рождения, а в красном костном мозге, в эпителии кишечника и почек они делятся до конца жизни.

Рассмотрим более подробно митотическое деление клетки. Оно включает в себя два процесса: интерфазу и собственно митоз.

ПЕРИОД ИНТЕРФАЗА (J) (период интенсивного синтеза веществ и роста клетки)

Пресинтетический период (G₁)

Происходит образо­вание в клетке орга­ноидов (митохонд­рий, хлоропластов, ЭПС, рибосом и др.), синтез структурных белков и ферментов

и-РНК, р-РНК, т-РНК,

интенсивный мета­болизм (обмен ве­ществ) и рост клетки

Синтетический пе­риод (S)

Происходит репли­кация (удвоение) ДНК, синтез белков-гистонов (с ними связывается каждая нить ДНК), в резуль­тате чего каждая хромосома состоит из двух хроматид, соединенных вместе центриолей

Постсинтетиче­ский период (G₂)

Происходит интен­сивный синтез бел­ка, синтез АТФ (мо­лекул энергии) и на­копление энергии, репликация цент-риолей и начинает­ся образование ве­ретена деления

(Репликация ДНК, строение и функционирование и-РНК, р-РНК, т-РНК — эти процессы смотрите на с. 218.)

N3 N3

N3 СО

Анафаза (самая корот­кая)	Центромера каждой хромосомы делится на две части. Каждая хроматида становится самостоятельной дочерней хромосо­мой, нити веретена деления растягивают их к разным полюсам клетки	W
Телофаза	Исчезновение (растворение) нитей веретена деления. Возник­новение новых ядерных оболочек вокруг разошедшихся хро­мосом. Раскручивание (деспирализация) нитей ДНК. Восста­новление (формирование) ядрышек. Окончание кариокинеза. Происходит цитокинез. Образование двух обособленных до­черних клеток. В растительной клетке и по центру закладывается фрагмо-пласт (клеточная пластинка), разделяющий цитоплазму, ко­торый растет во все стороны, достигая клеточной стенки. В животной клетке на поверхности плоскости экватора появ­ляется борозда (перетяжка), постепенно углубляющаяся и разделяющая клетку на две половины.	\ N V 'J

Митоз — это основной способ деления эукариоти-ческих клеток, который состоит из 4 фаз. Главным про­цессом является равномерное распределение генетиче­ской информации ядра клетки — так называемый карио­кинез.

Равномерное распределение органоидов и цитоплазмы между новообразовавшимися дочерними клетками обеспе­чивает цитокинез, происходящий в телофазе митоза. Более подробно фазы митоза представлены в табл. 4 на с. 22—23.

Таким образом, при митозе из материнской клетки (2n4c) образуются две дочерние клетки (2п2с), каждая из которых содержит идентичный материнский хромо­сомный набор.

Биологическое значение митоза огромно. Во-первых, благодаря ему происходит увеличение числа клеток, обес­печивающие рост отдельных органов и всего организма. Во-вторых, обеспечивается строго равноценное распреде­ление хромосом между дочерними клетками. Поэтому ге­нетическое сходство дочерних клеток с исходной мате­ринской клеткой вполне объяснимо. Каждая образую­щаяся клетка обладает полным фондом генетического материала — тотипотентность. И, в-третьих, митоз обес­печивает размножение одноклеточных организмов (прос­тейшие животные, зеленые одноклеточные водоросли и др.), регенерацию отдельных органов у растений при ве­гетативном размножении и у некоторых многоклеточных животных (клешни раков, хвост ящерицы и др.).

АМИТОЗ

При амитозе ядро клетки сохраняет интерфазное со­стояние. Хромосомы не спирализуются, и веретено деления не образуется. Ядро перешнуровывается перетяжкой. Стро­го равноценного распределения генетического материала не происходит. Образуются два ядра в клетке (часто мно­гоядерные клетки). Цитокинез может отсутствовать.

Амитоз встречается редко и представляет собой непол­ноценное деление клеток, утративших способность к мито­зу (роговица глаза, зародышевые оболочки млекопитаю­щих) и быстро стареющих и быстро погибающих. Тем не менее, образование двуядерных и многоядерных клеток, как, например, у инфузории или низших грибов проис­ходит только благодаря амитозу.

МЕЙОЗ

Мейоз — это особый тип деления клетки, в результате которого из одной материнской — первичной половой клетки (2n4c) — образуются четыре дочерние клетки (1n1c) с уменьшенным вдвое хромосомным набором. Таким способом образуются гаплоидные половые клетки: яйце­клетки и сперматозоиды, споры растений. Мейоз состоит из двух клеточных делений, следующих друг за другом. Каждое из делений включает четыре фазы. Перед мейозом происходит такая же интерфаза, как и перед митозом.

Более подробно фазы мейоза представлены в табл. 5 на стр. 26—29.

Значение мейоза.

1. Образование гаплоидных клеток (гамет и спор) в жизненном цикле организмов.

1. Достижение огромного генетического разнообразия гамет и спор в результате случайного распределения между клетками гомологичных хромосом и обмена их участками — кроссинговера.

ГАМЕТОГЕНЕЗ ЧЕЛОВЕКА И ЖИВОТНЫХ

Гаметогенез — процесс развития половых клеток, т. е. гамет — репродуктивных клеток животных и растений.