Деление клеток - Клеточный уровень организации жизни

Клеточный цикл — последовательность событий клеточной жизни от деления материнской клетки к собственному делению или гибели. Состоит из клеточного деления (митоза) и интерфазы (период между делениями). В тканях растущих многоклеточных организмов интерфаза и митоз многократно повторяются; у прекративших деление клеток продолжительная интерфаза заканчивается гибелью клетки. У одноклеточных организмов клеточный цикл совпадает с жизнью особи.

Интерфаза — стадия нормального функционирования клетки — состоит из трех периодов. Пресинтетический (постмитотический) период (G₁) — наиболее продолжительный. Следует непосредственно за делением и характеризуется активы ы м ростом клетки, синтезом белка, подготовкой к синтезу ДНК. В синтетическом периоде (S) происходит репликация ДНК, удваиваются центриоли. Во время постсинтетического (премитотического) пери ода (G₂) осуществляется подготовка клетки к делению: синтезируются белки веретена деления, запасается энергия.

Митоз (непрямое деление) — самый распространенный способ деления эукариотических клеток. Дочерние клетки получают идентичный материнскому набор хромосом, что обеспечивает преемственность в ряду клеточных поколений.

Митоз обеспечивает дробление оплодотворенного яйца, рост многоклеточных эукариот и т. д. Продолжительность митоза в среднем составляет 1-2 часа. Основные стадии и события представлены в таблице.

Стадия митоза	Характеристика
Профаза	Конденсация хроматина и формирование хромосом. Образуется веретено деления, пары центриолей располагаются на противоположных полюсах клетки. ЭПС распадается на мелкие вакуоли, расходящиеся затем к периферии клетки. Рибосомы теряют связь с мембранами ЭПС. Цистерны аппарата Гольджи распадаются на отдельные диктиосомы, без особого порядка распределяются в цитоплазме. Фаза заканчивается распадом ядерной мембраны
Метафаза	Хромосомы, к которым прикреплены нити веретена деления, располагаются в экваториальной области клетки, формируя метафазную пластинку. Центромерные участки обращены к центру веретена, а плечи — к периферии клетки. К окончанию фазы наблюдается отделение сестринских хроматид
Анафаза	Самая короткая фаза. Сестринские хроматиды расходятся к противоположным полюсам клетки за счет сокращения длины нитей веретена деления
Телофаза	Хромосомы деконденсируются, вокруг них формируется ядерная оболочка, образуются ядрышки. Окончание телофазы совпадает с разделением тела материнской клетки

Митоз в клетках растений впервые был описан русским ботаником И. Д. Чистяковым в 1874 г. В клетках животных был открыт в 1878 г. российским гистологом П. И. Перемежко.

Стадии митоза:

1 — синтетический период интерфазы; 2-4 — профаза; 5 — нетафаза; 6-7 — анафаза; 8-10 — телофаза; 11 — образованные клетки вступают в пресинтетический период интерфазы

Одновременно с образованием оболочек ядра проходит деление цитоплазмы. В клетках животных цитоплазма перешнуровывается благодаря взаимодействию микронитей на экваторе клетки. В растительных клетках, которые имеют жесткую клеточную стенку, разделение цитоплазмы обеспечивается построением новых участков поверхностного аппарата. На экваторе клетки сливаются с микропузырьками аппарата Гольджи, несущими компоненты клеточной стенки. Митоз заканчивается образованием двух дочерних клеток, идентичных материнской.

Мейоз — способ деления клеток, в результате которого число хромосом уменьшается вдвое и формируются гаплоидные клетки. Такой тип деления характерен при образовании гамет животных и спорообразовании у растений. При оплодотворении в половом размножении происходит восстановление диплоидного набора хромосом. Мейоз состоит из двух последовательных делений, между которыми отсутствует интерфаза.

Для первого деления мейоза характерна сложная и длительная профаза 1. Хромосомы начинают конденсироваться, гомологичные хромосомы сближаются и конъюгируют (объединяются) в биваленты. Между гомологичными хромосомами происходит обмен участками — кроссинговер, который приводит к новым комбинациям аллелей различных генов и обеспечивает генетическое разнообразие клеток. Он является важным механизмом изменчивости. На последних этапах фрагментируется ядерная оболочка и формируется веретено деления.

На стадии метафазы 1 биваленты выстраиваются по экватору клетки. В анафазе 1 начинается движение гомологичных хромосом к противоположным полюсам клетки. На стадии телофазы 1 происходит формирование ядерной оболочки (у большинства животных и некоторых растений; у большинства растений эта фаза отсутствует). В результате первого деления мейоза происходит уменьшение числа хромосом (диплоидный набор превращается в гаплоидный). Именно поэтому первое деление мейоза называют редукционным.

Период между делениями называется интеркинезом, он присутствует только в животных клетках. Репликация ДНК в этот период не происходит.

Второе деление мейоза называется эквационным, потому что проходит без изменения количества хромосом. Профазы 11 может не быть у организмов, у которых нет телофазы 1 и интеркинеза; у остальных она проходит аналогично профазе митоза, однако веретено деления располагается перпендикулярно относительно первого деления.

Во время метафазы 11 хромосомы выстраиваются по экватору клетки. В анафазе 11 происходит разделение центромер, и к полюсам клетки расходятся хроматиды. В телофазе 11 — хромосомы деспирализуются, вокруг них формируется поверхностный аппарат ядра.

Мейоз был открыт в 1882 г. В. Флеммингом у животных. Чуть позже, в 1888 г. было описано явление редукции хромосом у растений.

Стадии мейоза

Биологическое значение этих двух типов деления различное. Митоз — способ передачи генетической информации от материнской клетки к дочерней, а мейоз — от родительского поколения к следующему.

Отличия в течении процессов представлены в таблице.

Характеристики	Митоз	Мейоз
Где проходит	Соматические клетки многоклеточных, клеточные организмы	Формирование гамет у животных, спорообразование у растении
Число делений	1	2
Интерфаза	Включает период синтеза (удвоения) ДНК	Перед первым делением, когда проходит удвоение ДНК, между последовательными делениями, как правило, отсутствует
Конъюгация гомологичных хромосом	Не происходит	Проходит в профазе I, сопровождается кроссинговером (обменом участками между гомологичными хромосомами)
Особенности деления	В анафазе к полюсам клетки расходятся отдельные хроматиды хромосом	В анафазе 1 к полюсам расходятся гомологичные хромосомы. В анафазеIIполюсам расходятся отдельные хроматиды
Количество образующихся клеток	2	4
Плоидность клеток (n) и количество хроматид (с) до деления	2n (4с)	2n (4с)
Плоидность клеток (n) и количество хроматид после деления	2n (2с)	1n (1c)

Дифференциация клеток

Клетки в многоклеточном организме могут отличаться по строению и функциям. Появление таких различий в процессе развития называется дифференциацией. Все клетки образуются из единственной оплодотворенной яйцеклетки. Они имеют одинаковое число идентичных хромосом. Однако в разных клетках действуют разные наборы генов.

У круглых червей дифференциация проходит иначе. Весь набор генов сохраняется лишь у предшественников половых клеток, остальные клетки при делении выбрасывают из ядра «ненужную» часть генетической информации.

У большинства организмов дифференциация клеток регулируется не только генами, но и веществами-регуляторами, находящимися в цитоплазме.