Равномерное распределение хроматид в процессе деления клетки обеспечивает что
Равномерное распределение хроматид в процессе деления клетки обеспечивает что
• В митозе многие внутренние мембраны клетки разбираются и распределяются между двумя дочерними клетками в виде мелких везикул. После окончания митоза эти везикулы вновь образуют органеллы
Клеточное деление влечет за собой гораздо большие последствия, чем просто распределение реплицированных центросом и хромосом по двум дочерним клеткам. Каждая из дочерних клеток также должна наследовать достаточное количество материнской цитоплазмы и органелл, с тем чтобы обеспечить свое существование.
Для многих органелл распределение по дочерним клеткам начинается с их разборки на большое количество мелких субъединиц и равномерного распределения этих субъединиц по всему объему материнской клетки. Вообще говоря, разборка и распределение органелл происходят при активации основной регуляторной киназы митоза, циклин B/CDK1.
Изменениям подвергаются почти все структурные компоненты клетки и мембранные органеллы. При митозе происходит фрагментация компонентов внутренней системы мембран, включая аппарат Гольджи, гладкий и гранулярный эндоплазматический ретикулум и ядерную оболочку. Затем образовавшиеся фрагменты равномерно распределяются по клетке, часто связываясь с высокодинамичными микротрубочками астральных структур.
Происходит глубокая разборка компонентов системы цитоскелета, за исключением микротрубочек (которые перестраиваются с образованием веретена). Субъединицы, которые высвобождаются при разборке актина и промежуточных филаментов, также распределяются по клетке. В большинстве случаев при разборке цитоскелета клетка приобретает сферическую форму.
Эти существенные морфологические изменения, происходящие на ранних стадиях митоза, способствуют равномерному распределению компонентов по всему клеточному объему.
Наверное, единственными органеллами цитоплазмы, которые не подвергаются разборке или фрагментации в начале митоза, являются митохондрии. В митозе структура митохондрий не изменяется, и, по-видимому, они не подвергаются разборке, поскольку уже находятся в клетке в виде множества мелких копий. На протяжении клеточного цикла индивидуальные митохондрии функционируют как независимые единицы, и в клетке число их измеряется сотнями или тысячами.
По существу, процесс выработки АТФ уже фрагментирован и распределен по клетке. Напротив, аппарат Гольджи в клетках животных представлен лишь одной копией. Это подразумевает необходимость его разборки с тем, чтобы распределить его функции по двум дочерним клеткам.
В результате всех событий разборки в начале митоза к моменту вступления клетки в анафазу большинство компонентов присутствует в виде многочисленных копий, которые равномерно рапределены по всему объему клетки. После наступления цитокинеза и разделения цитоплазмы на две примерно одинаковые по объему части, каждая из новых клеток содержит центросому, один набор хромосом и примерно равное количество предшественников органелл и элементов цитоскелета.
Затем наступает инактивация циклин B/CDK1, и клетка выходит из митоза, процесс разборки внутренних структур прекращается, и снова начинают образовываться органеллы.
На верхнем рисунке изображено только ядро. На остальных представлена вся клетка.
После образования веретена два его полюса располагаются в центре прозрачной области цитоплазмы в верхнем левом и нижнем правом участках клетки.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
3. Деление клетки
Способность к делению — это важнейшее свойство клетки. В результате деления из одной клетки возникают две новые. Одно из основных свойств жизни — самовоспроизведение — проявляется уже на клеточном уровне. Наиболее распространенным способом деления клетки является митоз — непрямое деление клетки.
Митоз — это процесс образования двух дочерних клеток с набором хромосом, идентичным исходной материнской клетке. Митотическое деление приводит к увеличению числа клеток, обеспечивает рост организма, регенерацию или замену клеток в процессе их старения. У некоторых организмов митоз лежит в основе их размножения бесполым путем.
Деление клетки состоит из двух последовательных процессов: кариокинеза — деления ядра, или собственно митоза, и цитокинеза — деления цитоплазмы.
В процессе кариокинеза происходит основное, наиболее важное событие — перераспределение хромосом, т. е. молекул ДНК, обеспечивающее равномерную передачу наследственной информации между двумя дочерними клетками.
В процессе цитокинеза осуществляется более-менее равномерное распределение цитоплазмы и ее органоидов между двумя дочерними клетками. Однако это событие не происходит с такой точностью, как процесс кариокинеза. События, происходящие в митозе, можно увидеть в световой микроскоп на фиксированных препаратах. Современные методы фазовоконтрастной микроскопии и микрофотосъемки дали возможность наблюдать этот процесс в живой клетке.
В настоящее время клеточный цикл и митоз изучаются на отдельных изолированных клетках. Клеточную популяцию, полученную от одной исходной материнской клетки, называют клоном.
Рассмотрим подробно процессы, происходящие в период деления.
Митоз состоит из четырех последовательных фаз, обеспечивающих равномерное распределение генетической информации и всех органоидов между двумя дочерними клетками (рис. 5).
Рис. 5. Стадии митоза: 1 — профаза; 2 — метафаза; 3 — анафаза; 4 — телофаза
Рис. 6. Схема митотического веретена деления в метафазе: 1 — хромосома; 2 — микротрубочки веретена делении; 3 — зона перекрывания микротрубочек; 4 — центриоли
Метафаза. Во вторую стадию митоза нити веретена деления соединяются с центромерами хромосом и перемешают их в экваториальную зону клетки. В конце метафазы все хромосомы выстраиваются в одной экваториальной плоскости. В этом положении они удерживаются микротрубочками веретена деления. Микротрубочки связаны с центромерами хромосом. Они обеспечивают движение хромосом к экватору и их выстраивание на равном расстоянии от полюсов клетки (рис. 6).
Анафаза — достаточно короткая стадия. Сестринские хроматиды разделяются в местах центромеры. Каждая центромера делится, и хромосома распадается на две сестринские хроматиды, которые теперь становятся отдельными хромосомами. Начинается движение сестринских хроматид — хромосом к полюсам клетки, которые растягиваются нитями веретена деления. У каждого полюса оказывается такое же количество хромосом, которое было в исходной материнской клетке.
Телофаза. В последнюю фазу кариокинеза происходит формирование новых ядер у полюсов клетки. Хромосомы деспирализуются, нити веретена деления исчезают. Вновь формируется ядрышко. Эта фаза завершается цитокинезом.
Процесс деления ядра плавно переходит в процесс деления цитоплазмы. Клеточные органоиды равномерно распределяются по двум полюсам клетки. В экваториальной части плазматическая мембрана образует впячивание, которое втягивается внутрь клетки. Полагают, что этот процесс связан с деятельностью микротрубочек. В клетке образуется борозда деления — перетяжка из клеточной мембраны, которая постепенно углубляется к центру клетки. Возникают две новые дочерние клетки, идентичные исходной материнской.
Весь процесс деления длится от нескольких минут до трех часов, в зависимости от типа клеток и организма. Митоз в несколько раз по времени короче интерфазы.
В растительных и животных клетках митоз имеет ряд отличий. Во-первых, в растительных клетках центриоли отсутствуют. Во-вторых, нити веретена деления исчезают не полностью, а сохраняются в экваториальной зоне, где за счет содержимого пузырьков аппарата Гольджи образуется клеточная пластинка. Разрастаясь, она сливается со стенками исходной клетки и разделяет материнскую клетку на две дочерние. Мембраны пузырьков идут на построение новых клеточных мембран. Таким образом, впячивания и перетяжки здесь не образуется. За счет целлюлозных волокон, которые придают клетке прочность и эластичность, происходит формирование первичной клеточной стенки. Постепенно в процессе роста клеточная стенка изменяется, утолщается за счет отложения целлюлозных волокон. Она приобретает слоистую структуру, в ней образуются поры, пронизанные плазмодесмами.
Биологический смысл митоза заключается в обеспечении постоянства числа хромосом и идентичности наследственной информации вновь возникающих клеток из исходной материнской клетки. Митоз обеспечивает генетическую стабильность клетки.
Иногда встречается и другой вид деления клетки — амитоз. Амитоз — это прямое деление ядра, без образования хромосом и веретена деления. При этом наследственная информация распределяется неравномерно. Амитоз встречается у некоторых простейших, в клетках специализированных тканей (хрящи), в раковых клетках.
Вопросы для самоконтроля
1. Перечислите фазы митоза. Какие процессы происходят в каждую из фаз?
2. Какая фаза митоза наиболее длительная? Почему?
3. Какие структуры в клетке обеспечивают равномерное расхождение хромосом в митозе? В какую фазу это происходит?
4. Каким будет набор хромосом и количество ДНК в каждой фазе митоза, если число хромосом в исходной клетке 2n, а количество ДНК — 2c?
5. Чем кариокинез отличается от цитокинеза?
6. В чем биологическое значение мейоза?
7. В чем отличие митоза в растительной и животной клетке?
Читайте также
2. Клетки крови
2. Клетки крови Система кроветворения сложнее других систем с постоянным обновлением дифференцированных клеток. В этом случае нет такого простого пространственного разделения стволовых клеток, дифференцирующихся клеток и клеток, достигших терминальной
Клетка. Деление двух типов. Цитогенетический параллелизм
Клетка. Деление двух типов. Цитогенетический параллелизм Клетка — основа всего живого. Это микроскопически малое образование. Ее средний диаметр около 10 микрон (микрон — одна десятитысячная сантиметра). В основном она состоит из протоплазмы и ядра.Реципрокные
Деление куста
Деление куста Размножение клематисов делением куста наиболее распространено среди цветоводов-любителей. Для массового размножения этот способ не имеет значения из-за незначительного числа получаемых растений. Делением куста удобно размножать виды клематиса с
Клетки-охранницы
Клетки-охранницы Говоря о той прогрессивной роли, которую сыграли первые наброски клеточной теории, нельзя не оговориться, что созданный ею образ «суверенных» клеток лишь в ограниченной степени приложим к организмам высших животных, хотя и здесь клетки подчас ведут
Клетки-коллективисты и клетки-одиночки
Клетки-коллективисты и клетки-одиночки В основе тесной кооперации клеток, входящих в состав многоклеточного организма, лежат по меньшей мере две важнейшие причины. Во-первых, каждая отдельно взятая клетка, будучи сама по себе на редкость умелым и исполнительным
Бессмертные клетки
КЛЕТОЧНОЕ СТРОЕНИЕ ОРГАНИЗМОВ СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРОЕНИЯ КЛЕТКИ
КЛЕТОЧНОЕ СТРОЕНИЕ ОРГАНИЗМОВ СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРОЕНИЯ КЛЕТКИ 1. Выберите один наиболее правильный ответ.Клетка – это:A. Мельчайшая частица всего живогоБ. Мельчайшая частица живого растенияB. Часть растенияГ. Искусственно созданная единица для
3.7. Развитие грудной клетки
3.7. Развитие грудной клетки Грудную клетку составляют 12 пар ребер. Истинные ребра (первая – седьмая пары) с помощью хрящей соединяются с грудиной, из остальных пяти ложных ребер хрящевые концы восьмой, девятой и десятой пар соединяются с хрящом вышележащего ребра, а
Стволовые клетки, или Сделай сам
Стволовые клетки, или Сделай сам «У господа бога впервые появился конкурент», – не так давно во всеуслышание заявил один из авторов журнала Nature. Он имел в виду успехи синтетической биологии последнего десятилетия. Однако прежде чем говорить о конструировании
Деление
Чем деление земной суши на части света отличается от деления на материки?
Чем деление земной суши на части света отличается от деления на материки? Материки – это крупные массивы земной коры, большая часть поверхности которых выступает над уровнем Мирового океана в виде суши, а периферическая часть погружена под уровень океана. Слово
18. Деление клетки. Митоз
18. Деление клетки. Митоз Вспомните!Как, согласно клеточной теории, происходит увеличение числа клеток?Как вы считаете, одинакова ли продолжительность жизни разных типов клеток в многоклеточном организме? Обоснуйте своё мнение.В момент рождения ребёнок весит в среднем
Жизненный цикл клетки. Хромосомный набор клетки. Деление клеток.
Совокупность хромосом, содержащихся в ядре, называется хромосомным набором. Число хромосом в клетке и их форма постоянны для каждого вида живых организмов.
Число (диплоидный набор) хромосом у некоторых видов растений и животных
| Пшеница твёрдая | 28 | Гидра | 32 |
| Пшеница мягкая | 42 | Дождевой червь | 36 |
| Рожь | 14 | Таракан | 48 |
| Кукуруза | 20 | Пчела | 16 |
| Подсолнечник | 34 | Дрозофила | 8 |
| Картофель | 48 | Кролик | 44 |
| Огурец | 14 | Шимпанзе | 48 |
| Яблоня | 34 | Человек | 46 |
Соматические клетки обычно диплоидны (содержат двойной набор хромосом — 2n). В этих клетках хромосомы представлены парами. Диплоидный набор хромосом клеток конкретного вида живых организмов, характеризующийся числом, размером и формой хромосом, называют кариотипом. Хромосомы, принадлежащие к одной паре, называются гомологичными. Одна из них унаследована от отцовского организма, другая — от материнского. Хромосомы разных пар называются негомологичными. Они отличаются друг от друга размерами, формой, местами расположения первичных и вторичных перетяжек. Хромосомы, одинаковые у обоих полов, называются аутосомами. Хромосомы, по которым мужской и женский пол отличаются друг от друга, называются половыми, или гетерохромосомами. В клетке человека содержится 46 хромосом или 23 пары: 22 пары аутосом и 1 пара половых хромосом. Половые хромосомы обозначают как X- и Y-хромосомы. Женщины имеют две X-хромосомы, а мужчины одну Х- и одну Y-хромосому.
Половые клетки гаплоидны (содержат одинарный набор хромосом — n). В этих клетках хромосомы представлены в единственном числе и не имеют пары в виде гомологичной хромосомы.
Деление клеток
Хромосомный набор
Хромосомный набор — совокупность хромосом, содержащихся в ядре. В зависимости от хромосомного набора клетки бывают соматическими и половыми.
Соматические и половые клетки
| Тип | Хромосомный набор | Характеристика |
| Соматические | 2n | Диплоидны — содержат двойной набор хромосом. В этих клетках хромосомы представлены парами. Хромосомы, принадлежащие к одной паре, называются гомологичными. |
| Половые | 1n | Гаплоидны — содержат одинарный набор хромосом. В этих клетках хромосомы представлены в единственном числе и не имеют пары в виде гомологичной хромосомы. |
Клеточный цикл
Клеточный цикл (жизненный цикл клетки) — существование клетки от момента её возникновения в результате деления материнской клетки до её собственного деления или смерти. Продолжительность клеточного цикла зависит от типа клетки, её функционального состояния и условий среды. Клеточный цикл включает митотический цикл и период покоя.
В период покоя (G0) клетка выполняет свойственные ей функции и избирает дальнейшую судьбу — погибает либо возвращается в митотический цикл. В непрерывно размножающихся клетках клеточный цикл совпадает с митотическим циклом, а период покоя отсутствует.
Митотический цикл состоит из четырёх периодов: пресинтетического (постмитотического) — G1, синтетического — S, постсинтетического (премитотического) — G2, митоза — М. Первые три периода — это подготовка клетки к делению (интерфаза), четвёртый период — само деление (митоз).
Интерфаза — подготовка клетки к делению — состоит из трёх периодов.
Периоды интерфазы
| Периоды | Число хромосом и хроматид | Процессы |
| Пресинтетический (G1) | 2n2c | Увеличивается объем цитоплазмы и количество органоидов, происходит рост клетки после предыдущего деления. |
| Синтетический (S) | 2n4c | Происходит удвоение генетического материала (репликация ДНК), синтез белковых молекул, с которыми связывается ДНК, и превращение каждой хромосомы в две хроматиды. |
| Постсинтетический (G2) | 2n4c | Усиливаются процессы биосинтеза, происходит деление митохондрий и хлоропластов, удваиваются центриоли. |
Деление эукариотических клеток
Основой размножения и индивидуального развития организмов является деление клетки.
Эукариотические клетки имеют три способа деления:
Амитоз — редкий способ деления клетки, характерный для стареющих или опухолевых клеток. При амитозе ядро делится путём перетяжки и равномерное распределение наследственного материала не обеспечивается. После амитоза клетка не способна вступать в митотическое деление.
Митоз
Митоз — тип клеточного деления, в результате которого дочерние клетки получают генетический материал, идентичный тому, который содержался в материнской клетке. В результате митоза из одной диплоидной клетки образуется две диплоидные, генетически идентичные материнской.
Митоз состоит из четырёх фаз.
Фазы митоза
Биологическое значение митоза:
Мейоз
Мейоз — тип клеточного деления, сопровождающийся редукцией числа хромосом. В результате мейоза из одной диплоидной клетки образуется четыре гаплоидных, генетически отличающиеся от материнской. В ходе мейоза происходит два клеточных деления (первое и второе мейотические деления), причём удвоение числа хромосом происходит только перед первым делением.
Как и митоз, каждое из мейотических делений состоит из четырёх фаз.
Фазы мейоза
| Фазы | Число хромосом и хроматид | Процессы |
| Профаза I | 2n4c | Происходят процессы, аналогичные процессам профазы митоза. Кроме того, гомологичные хромосомы, представленные двумя хроматидами, сближаются и «слипаются» друг с другом. Этот процесс называется конъюгацией. При этом происходит обмен участков гомологичных хромосом — кроссинговер (перекрест хромосом), то есть обмен наследственной информацией. После конъюгации гомологичные хромосомы отделяются друг от друга. |
| Метафаза I | 2n4c | Происходят процессы, аналогичные процессам метафазы митоза. |
| Анафаза I | 1n2c | В отличие от анафазы митоза, центромеры не делятся и к полюсам клетки отходит не по одной хроматиде от каждой хромосомы, а по одной хромосоме, состоящей из двух хроматид и скреплённой общей центромерой. |
| Телофаза I | 1n2c | Образуются две клетки с гаплоидным набором. |
| Интерфаза | 1n2c | Короткая. Репликации (удвоения) ДНК не происходит и, следовательно, диплоидность не восстанавливается. |
| Профаза II | 1n2c | Аналогичны процессам во время митоза. |
| Метафаза II | 1n2c | Аналогичны процессам во время митоза. |
| Анафаза II | 1n1c | Аналогичны процессам во время митоза. |
| Телофаза II | 1n1c | Аналогичны процессам во время митоза. |
Биологическое значение мейоза:
Деление прокариотических клеток
У прокариот митоза и мейоза нет. Бактерии размножаются бесполым путём — делением клетки при помощи перетяжек или перегородок, реже почкованием. Этим процессам предшествует удвоение кольцевой молекулы ДНК.
Кроме того, для бактерий характерен половой процесс — конъюгация. При конъюгации по специальному каналу, образующемуся между двумя клетками, фрагмент ДНК одной клетки передаётся другой клетке, то есть изменяется наследственная информация, содержащаяся в ДНК обоих клеток. Поскольку количество бактерий при этом не увеличивается, для корректности используют понятие «половой процесс», но не «половое размножение».
32. Клетка как биологическая система 
Читать 0 мин.
Читать 0 мин.32.369. Митоз
Хромосомы: индивидуальность, парность, число
Во время деления клетки хорошо заметны хромосомы. При изучении хромосом разных видов живых организмов было обнаружено, что их набор строго индивидуален. Это касается числа, формы, черт строения и величины хромосом. Набор хромосом в клетках тела, характерный для данного вида растений, животных, называется кариотипом (Рис. 1).
Рис. 1. Диплоидный набор хромосом в клетке
В любом многоклеточном организме существует два вида клеток — соматические (клетки тела) и половые клетки, или гаметы. В половых клетках число хромосом в 2 раза меньше, чем в соматических. В соматических клетках все хромосомы представлены парами — такой набор называется диплоидным и обозначается 2n. Парные хромосомы (одинаковые по величине, форме, строению) называются гомологичными.
В половых клетках каждая из хромосом находится в одинарном числе. Такой набор называется гаплоидным и обозначается п.
Митоз. Подготовка клетки к делению
Наиболее распространенным способом деления соматических клеток является митоз. Во время митоза клетка проходит ряд последовательных стадий, или фаз, в результате которых каждая дочерняя клетка получает такой же набор хромосом, какой был у материнской клетки.
Во время подготовки клетки к делению — в период интерфазы (период между двумя актами деления) число хромосом удваивается. Вдоль каждой исходной хромосомы из имеющихся в клетке химических соединений синтезируется ее точная копия. Удвоенная хромосома состоит из двух половинок — хроматид. Каждая из хроматид содержит одну молекулу ДНК. В период интерфазы в клетке происходит процесс биосинтеза белка, удваиваются также все важнейшие структуры клетки (в т. ч. клеточный центр). Продолжительность интерфазы в среднем 10—20 ч. Затем наступает процесс деления клетки — митоз.
Фазы митоза
Во время митоза клетка проходит следующие четыре фазы: профаза, метафаза, анафаза, телофаза (рис. 2).
Метафаза характеризуется наличием хорошо видимых хромосом, располагающихся в экваториальной плоскости клетки. Каждая хромосома состоит из двух хроматид и имеет перетяжку — центромеру, к которой прикрепляются нити веретена деления. После деления центромеры каждая хроматида становится самостоятельной дочерней хромосомой.
В анафазе дочерние хромосомы расходятся к разным полюсам клетки.
В процессе деления цитоплазмы все ее органоиды равномерно распределяются между дочерними клетками. Весь процесс митоза продолжается обычно 1-2 ч.
Рис. 2. Схематические изображение основных стадий митоза: А – профаза, Б – метафаза, В – анафаза, Г – телофаза.
В результате митоза все дочерние клетки содержат одинаковый набор хромосом и одни и те же гены. Следовательно, митоз — это способ деления клетки, заключающийся в точном распределении генетического материала между дочерними клетками, обе дочерние клетки получают диплоидный набор хромосом.
Биологическое значение митоза
Биологическое значение митоза огромно. Функционирование органов и тканей многоклеточного организма было бы невозможно без сохранения одинакового генетического материала. Митоз обеспечивает такие важные процессы жизнедеятельности, как эмбриональное развитие, рост, поддержание структурной целостности тканей при полной утрате клеток в процессе их функционирования (замещение погибших эритроцитов, эпителия кишечника и пр.). восстановление органов и тканей после повреждения. Стоит отметить, что образование гамет у растений тоже происходит в процессе митоза (из гаплоидной споры образуются 2 гаплоидные гаметы).