Деление клетки

Что такое деление клетки

 

Деление клетки – важнейший биологический процесс, без него невозможно существование живых организмов. Доказано, что клетки всех живых организмов сходны по строению и химическому составу. Путем деления исходной клетки увеличивается число вновь образовавшихся клеток. Клетка – это наименьшая единица строения любого живого организма. Из нее состоят ткани и органы.

 

Клетка растет, развивается, она способна к самостоятельному воспроизведению. Для клетки свойственно протекание таких процессов, как метаболизм, раздражение, саморегуляция.

 

Клетка существует с момента ее появления в результате деления и до ее окончательной гибели или последующего деления. Это время называется клеточным циклом. На длительность цикла влияет тип клетки и условия внешней среды. Промежуток между делениями клеток называют интерфазой.

 

Для прокариотов, или простейших организмов, характерно отсутствие ядра. Им присуще бинарное деление клеток, то есть деление клетки пополам с копированием ДНК, находящегося в цитоплазме. ДНК, или дезоксирибонуклеиновая кислота, это сложная уникальная молекула, хранящая в себе наследственную информацию об организме в виде генетического кода.

 

Для эукариотических организмов характерно наличие клеток с одним или несколькими ядрами. Ядро — важнейший компонент клетки, состоящий из ядерной оболочки, ядрышка, хроматина и кариоплазмы. Ядрышко синтезирует рибосомы. В нем сосредоточено наибольшее количество белка в клетке.

 

 

Особенности деления клеток

 

 

Некоторым эукариотическим клеткам свойственно деление посредством  амитоза. Амитоз может проходить без образования хромосом и веретена деления, а генетический материал распределяется случайным образом. Этот способ деления присущ клеткам, которые быстро завершают свой жизненный цикл: фолликулярные клетки яичников, эпителиальные клетки кожи, клетки злокачественных новообразований, клетки коры дуба. При этом клетки могут делиться как на равные, так и на неравные части, а ядерная оболочка не распадается.

 

 

Эукариотические клетки с образованием хромосом способны делиться только двумя способами: митозом и мейозом. Хромосомами называют совокупность органоидов клеточного ядра, определяющих наследственные свойства клеток и живых организмов.

 

Все клетки можно разделить на 2  группы в зависимости от хромосомного набора, содержащегося в ядре:

• соматические клетки, из которых состоит тело многоклеточных организмов, они не принимают участие в половом размножении;
• половые клетки (гаметы).

 

Совокупность хромосом, которые содержатся в ядре, это хромосомный набор. Число хромосом в клетке одинаково для каждого вида живых организмов. Так, у клеток человека этот показатель составляет 46.

 

Первый способ деления — митоз

 

Митоз («нить») — наиболее распространенный (непрямой) способ деления клеток по сравнению с мейозом. Его также называют кариокинезом, или непрямым делением. Митоз – способ деления ядер эукариотических клеток, при котором сохраняется постоянным число хромосом.

 

С помощью митоза делятся соматические клетки многоклеточных животных, кроме половых клеток.

 

При делении этим способом материнская клетка делится на дочерние клетки, которые не отличаются от нее генетически, то есть наследственной информацией.

 

Процесс деления клетки с помощью митоза называют митотическим.  Клеточный цикл состоит из митотического цикла и периода покоя. Митотический цикл состоит из интерфазы и митотического деления.

 

 

Интрефаза длится по времени намного дольше по сравнению с митотическим делением. Во время этой стадии происходит рост клетки, синтез белка и органических веществ, а также накопление веществ, необходимых для деления клетки. Интерфаза может длиться от нескольких минут до нескольких дней. Она состоит из 3 фаз:

• пресинтетической, или фазы начального роста;
• синтетической;
• постсинтетической, во время которой клетка готовится к митотическому делению.

 

 

 

В целом процесс митотического деления длится от нескольких минут до нескольких  часов в зависимости от вида живого организма. Правильное протекание митоза возможно без внешнего вредного воздействия, например, излучения рентгена, попадания этилового спирта. Неблагоприятные факторы могут привести к нарушениям в процессе распределения хромосом или даже полной гибели клетки.

 

 

Фазы митоза

 

 

Хроматин перед началом деления преобразуется в хромосомы в форме нитей. Всего выделяют несколько фаз митоза в зависимости от внешнего вида и состояния хромосомы. Их называют профазой, метафазой, анафазой, телофазой.

1. Во время профазы хромосомы становятся короче и толще, они видны в световой микроскоп. В этой фазе они представляют собой связанные между собой сестринские хроматиды, принимают спиралевидную форму. Хроматиды представляют собой структурные элементы хромосомы, сформированные в ядре в результате удвоения хромосом. Бесформенный хроматин в ядре собирается в четко оформленные хромосомы. В это же время происходит разрыв ядерной оболочки и исчезновение ядрышка. Вследствие этого хромосомы свободно и хаотично располагаются в цитоплазме, а центриоли переходят к полюсам клетки. В заключение профазы сформируется веретено деления. Оно представляет собой микротрубочки.

 

 

2. В метафазе деление клеточного веретена завершается. ДНК максимально спирализованы в хромосомы. Они, в свою очередь, состоят из двух хроматид. К микротрубочкам веретена начинают крепиться двойные хромосомы, в результате чего формируется метафазная пластинка. На этой стадии несложно подсчитать  хромосомы.

 

 

3. В самой короткой стадии анафазы хромосомы распадаются на отдельные хроматиды. В свою очередь, дочерние хромосомы растягиваются к полюсам клетки с помощью микротрубочек. В клетке теперь присутствует два диплоидных хромосомных набора.

 

 

4. В стадии телофазы деспирализуются хромосомы. Завершается формирование ядерной оболочки. Заканчивается процесс образования ядрышек в ядрах. Цитоплазма делится, образуя две клетки. На этой стадии рушатся нити клеточного веретена деления. Завершение  телофазы совпадает с процессом цитокинеза. Он представляет собой разделение тела материнской клетки на две клетки дочерние.

 

Второй способ деления клетки — мейоз

 

 

Мейоз («уменьшение»), или прямое деление. Он еще носит название редукционного деления. Оно представляет собой деление ядра  клетки эукариотического организма, при котором  общая численность хромосом сокращается вдвое. Дочерние клетки, получившиеся при этом делении, названы гаметами. Они наследуют половину наследственной информации от родительской клетки, и численность хромосом соответственно снижается в два раза.

 

 

Необходимо понимать, в чем заключается различие диплоидной и  гаплоидной клеток. Как известно, плоидность – количество одинаковых наборов хромосом, находящихся в ядрах клеток организма. В диплоидной клетке имеется основной набор хромосом — от каждой материнской клетки присутствует один набор. При слиянии клеток хромосомы не накапливаются. После деления диплоидных клеток в ядре новых клеток оказывается уже один набор хромосом. Для гаплоидной клетки характерно содержание всего одного набора хромосом. Она образуется из диплоидной  путем митотического деления.

 

Фазы мейоза

 

 

Этот способ состоит из двух следующих друг за другом делений с короткой интерфазой между ними. Это приводит к тому, что из одной диплоидной  клетки формируются четыре клетки гаплоидные. Восстановление плоидности происходит в результате оплодотворения.

 

Непосредственно мейоз состоит из мейоза I и мейоза II. В очень короткой интерфазе между этими стадиями деления происходит удвоение ДНК. Далее происходит образование четырех дочерних клеток. Фазы мейоза I схожи с фазами, протекающими при митозе.

 

1. Профаза I дольше всех остальных длится по времени, при ней хромосомы спирализуются и утолщаются. Возникает явление конъюгации хромосо. Оно заключается в соединении гемологичных хромосом друг с другом. Такие хромосомы идентичны друг другу по форме, строению и размерам. Структуры, которые образованы двумя соединенными хромосомами – это биваленты. Между хромосомами возникает процесс, названный кроссинговером, то есть обменом, в котором участвуют участки хромосом. Это приводит к возникновению обновленных генетических комбинаций. По окончании этой фазы ядерная оболочка должна разрушиться, а  веретено деления – сформироваться.

 

 

2. При метафазе I биваленты находятся у клеточного экватора. Нити веретена начинают присоединяться к центромерам гомологичных хромосом.

 

 

3. В анафазе I гомологичные хромосомы разъединяются к различным клеточным полюсам. Этому способствует сокращение нитей веретена деления. Распределяются хромосомы хаотичным образом из-за самопроизвольного крепления нитей веретена. У каждого клеточного полюса происходит формирование гаплоидного набора новой клетки.

 

 

4. На стадии телофазы I хромосомы проходят процесс деспирализации. Затем появляются две дочерние клетки с двумя гаплоидными ядрами. К окончанию этой фазы количество хромосом уменьшатся вдвое.

 

 

Мейоз II, иди эквационное деление, имеет те же самые фазы:

 

 

1. Во время профазы II должно восстановиться новое веретено деления, а оболочка  ядра должна разрушиться.

 

 

2. Во время метафазы II хромосомы начинают присоединяться к нитям веретена деления и продолжают выстраиваться на его экваторе.

 

 

3. При анафазе II хроматиды распределяются к полюсам клетки. На каждом полюсе появляется гаплоидный набор хромосом.

 

 

4. Во время телофазы II образуется  ядерная оболочка вместе с ядрышками, разделяется  цитоплазма. Снова деспирализуются хромосомы.

 

Отличие мейоза от митоза

 

 

1. При митозе происходит только однократное деление, а при мейозе — двукратное.
2. Митоз характерен для соматических клеток, а мейоз — для клеток половых.
3. Митоз участвует в таких процессах, как рост и развитие любого живого организма. Мейоз отвечает за образование половых клеток.
4. При делении митозом возникают две клетки диплоидные, а при делении мейозом возникают четыре клетки гаплоидные.
5. В результате деления путем митоза новые клетки будут идентичны и генетически схожи с материнскими. При мейозе благодаря случайному расхождению хромосом и кроссинговеру дочерние клетки на генетическом уровне различны.

 

Биологическая роль деления клетки

 

 

Деление клетки – очень важный и значимый  процесс, лежащий в основе роста, развития  и размножения организмов. Главной особенностью живых организмов является их способность к росту.

 

1. Деление клеток способно обеспечивать непрерывность жизни и передачу наследственной информации.
2. Если в системе деления клеток происходит сбой, то организм теряет свою жизнеспособность.
3. Новые клетки появляются посредством деления уже клеток существующих.
4. Из новых клеток формируются новые органы и ткани у растений, животных, человека.

 

 

Отдельно стоит отметить биологическое значение процессов митоза и мейоза.

 

 

Биологическая роль митоза:

• Одноклеточные организмы размножается бесполым способом благодаря процессу митоза, который лежит в основе бесполого размножения.
• Благодаря процессу митоза осуществляется рост и развитие многоклеточных живых организмов.
• Митоз способствует регенерации утраченных частей тела и возобновлению клеток при старении.
• В процессе митоза наследственный материал равномерно распределяется между клетками.
• Этот процесс сохраняет преемственность в ряде клеточных поколений благодаря точности передачи качественной и количественной наследственной информации дочерним клеткам.

 

 

 

Биологическое значение мейоза:

• Процесс кроссинговера, протекающий при делении клеток мейозом, приводит к генетическому разнообразию потомства, образованию клеток с уникальным набором генов.
• В результате мейоза зарождаются организмы с уникальным набором генов.
• При половом размножении обеспечивается передача генетической информации от организма к организму.
• Вследствие мейоза сохраняется постоянный набор хромосом и количество ДНК для каждого определенного вида.