§ 22. простое бинарное деление. митоз. амитоз

Значение митоза

Митотическое деление ядра – это способ поддержания постоянного набора хромосом. Дочерние клетки имеют такой же набор генов, как и материнская, и все характеристики, ей присущие. Митоз необходим для:

— роста и развития многоклеточного организма (из слияния половых клеток);

— перемещения клеток из нижних слоев в более верхние, а также замены клеток крови (эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов);

— восстановления поврежденных тканей (у некоторых животных способности к регенерации являются необходимым условием для выживания, например, у морских звезд или ящериц);

— бесполого размножения растений и некоторых животных (беспозвоночных).

Мейоз — прямое деление

Мейоз — прямое деление

Существует особый процесс репродукции, встречающийся только в половых клетках (гаметах) – это мейоз (прямое деление). Отличительной чертой для него является отсутствие интерфазы. Мейоз из одной исходной клетки дает четыре, с гаплоидным набором хромосом. Весь процесс прямого деления включает два последовательных этапа, которые состоят из профазы, метафазы, анафазы и телофазы.

Перед началом профазы у половых клетках происходит удвоение исходного материала, таким образом, она становится тетраплоидной.

Профаза 1:

1. Лептотена — хромосомы просматриваются в виде тоненьких ниток, происходит их укорочение.
2. Зиготена — стадия конъюгации гомологичных хромосом, как следствие образуются биваленты. Конъюгация важный момент мейоза, хромосомы максимально сближаются друг с другом, чтобы осуществить кроссинговер.
3. Пахитена — происходит утолщение хромосом, их все большее укорочение, идет кроссинговер (обмен генетической информацией между гомологичными хромосомами, это основа эволюции и наследственной изменчивости).
4. Диплотена – стадия удвоенных нитей, хромосомы каждого бивалента расходятся, сохраняя связь только в области перекреста (хиазмы).
5. Диакинез — ДНК начинает конденсироваться, хромосомы становятся совсем короткими и расходятся.

Профаза заканчивается разрушением нуклеолемы и формированием веретена деления.

Метафаза 1: биваленты расположены посередине клетки.

Анафаза 1:к противоположным полюсам движутся удвоенные хромосомы.

Телофаза 1:завершается процесс деления, клетки получают по 23 бивалента.

Без последующего удвоения материала клетка вступает во второй этап деления.

Профаза 2: снова повторяются все процессы, которые были в профазе 1,а именно конденсация хромосом, что хаотично располагаются между органеллами.

Метафаза 2: две хроматиды, соединенные в месте перекреста (униваленты), располагаются в экваториальной плоскости, создавая пластинку, названную метафазной.

Анафаза 2: — унивалент разделяется на отдельные хроматиды или монады, и они направляются к разным полюсам клетки.

Телофаза 2: процесс деления завершается, формируется ядерная оболочка, и каждая клетка получает по 23 хроматиды.

Мейоз – важный механизм в жизни всех организмов. В результате такого деления мы получаем 4 гаплоидные клетки, которые имеют половину нужного набора хроматид. Во время оплодотворения две гаметы образуют полноценную диплоидную клетку, сохраняя присущей ей кариотип.

Сложно представить наше существования без мейотического деления, иначе все организмы с каждым последующим поколение получали бы удвоенные наборы хромосом.

Митоз

Это непрямое деление ядра. Чаще всего встречается в эукариотических клетках. Главное отличие этот процесса заключается в том, что дочерние клетки и материнская содержат одинаковое число хромосом. Благодаря этому в организме поддерживается необходимое количество клеток, а также возможны процессы регенерации и роста. Первым митоз в животной клетке описал Флемминг.

Процесс деления ядра в данном случае разделяется на интерфазу и непосредственно митоз. Интерфаза – это состояние покоя клетки в промежутке между делениями. В ней можно выделить несколько фаз:

1. Пресинтетический период — клетка растет, в ней накапливаются белки и углеводы, активно синтезируется АТФ (аденозинтрифосфат).

2. Синтетический период – генетический материал увеличивается вдвое.

3. Постсинтетический период – клеточные элементы удваиваются, появляются белки, из которых состоит веретено деления.

Фазы митоза:

Препрофаза (в клетках растений)

Препрофаза является дополнительной фазой во время митоза в клетках растений, которая не встречается у других эукариот, таких как животные или грибы. Она предшествует профазе и характеризуется двумя различными событиями.

Изменения, которые происходят в препрофазе:

• Образование полосы препрофазы — плотного микротрубочного кольца под плазматической мембраной.
• Начало зарождения микротрубочек в ядерной оболочке.

Профаза

В профазе хроматин конденсируется в дискретные хромосомы. Ядерная оболочка ломается, а веретено деления образуются на противоположных полюсах клетки. Профаза (по сравнению с интерфазой) является первым истинным шагом митотического процесса.

Изменения, которые происходят в профазе:

• Хроматиновые волокна превращаются в хромосомы, имеющие по две хроматиды, соединенные в центромер. Волокна деления, состоящие из микротрубочек и белков, образуется в цитоплазме.
• В клетках животных волокна деления первоначально появляется как структуры, называемые астерами, которые окружают каждую пару центриолей.
• Две пары центриолей (сформированных из репликации одной пары в интерфазе) отходят друг от друга к противоположным полюсам клетки из-за удлинения микротрубочек, образующихся между ними.

Прометафаза

Прометафаза — фаза митоза после профазы и предшествующая метафазе в эукариотических соматических клетках. Некоторые источники относят процессы протекающие в прометафазе к поздней профазе и начальной стадии метафазы.

Изменения, которые происходят в прометафазе:

• Ядерная оболочка распадается.
• Полярные волокна, которые представляют собой микротрубочки, составляющие волокна веретена, перемещаются от каждого полюса до экватора клетки.
• Кинетохоры, которые являются специализированными областями в центромерах хромосом, прикрепляются к типу микротрубочек, называемых кинетохорными нитями.
• Нити кинетохора «взаимодействуют» с веретеном деления.
• Хромосомы начинают мигрировать к центру клетки.

Метафаза

В метафазе полностью развиваются волокна деления, а хромосомы выравниваются на метафазной (экваториальной) пластине (плоскость, которая одинаково удалена от двух полюсов).

Изменения, которые происходят в метафазе:

• Ядерная мембрана полностью исчезает.
• В клетках животных две пары центриолей расходятся в противоположных направлениях к полюсам клетки.
• Полярные волокна (микротрубочки, составляющие волокна веретена) продолжают распространяться от полюсов к центру. Хромосомы перемещаются случайным образом, пока не присоединяют (при помощи своих кинетохор) к полярным волокнам с обеих сторон центромеров.
• Хромосомы выравниваются на метафазной пластине под прямым углом к ​​полюсам веретена.
• Хромосомы удерживаются на метафазной пластине равными силами полярных волокон, которые нажимают на их центромеры.

Анафаза

В анафазе парные хромосомы (сестринские хроматиды) отделяются и начинают двигаться к противоположным концам (полюсам) клетки. Волокна веретена, не связанные с хроматидами, вытягиваются и удлиняют клетку. В конце анафазы каждый полюс содержит полную компиляцию хромосом.

Изменения, которые происходят в анафазе:

• Парные центромеры в каждой отдельной хромосоме начинают раздвигаться.
• Как только парные сестринские хроматиды отделены друг от друга, каждая из них считается «полной» хромосомой. Они называются дочерними хромосомами.
• При помощи веретена деления, дочерние хромосомы перемещаются к полюсам на противоположные концы клетки.
• Дочерние хромосомы сначала мигрируют в центромер, а кинетохорные нити становятся короче, чем хромосомы вблизи полюсов.
• При подготовке к телофазе два полюса клетки также отдаляются друг от друга во время анафазы. В конце анафазы каждый полюс содержит полную компиляцию хромосом.
• Начинается процесс цитокинеза (разделение цитоплазмы исходной клетки), который завершается после телофазы.

Телофаза

В телофазе хромосомы достигают ядер новых дочерних клеток.

Изменения, которые происходят в телофазе:

• Полярные волокна продолжают удлиняться.
• Ядра начинают формироваться на противоположных полюсах.
• Ядерные оболочки новых ядер образовываются из остатков ядерной оболочки материнской клетки и кусочков эндомембранной системы.
• Появляются ядрышка.
• Разматываются хроматиновые волокна хромосом.
• После этих изменений телофаза и митоз в основном завершены, а генетическое содержание одной клетки поделено на две части.

Цитокинез — это разделение цитоплазмы клетки. Он начинается до конца митоза в анафазе и заканчивается вскоре после телофазы. В конце цитокинеза образуются две генетически идентичные дочерние клетки.

Эндомитоз

Увеличение генетического материала, которое не предусматривает деление ядра, называется эндомитозом. Он обнаружен в клетках растений и животных. В данном случае не происходит разрушения цитоплазмы и оболочки ядра, но хроматин превращается в хромосомы, а затем снова деспирализуется.

Этот процесс позволяет получить полиплоидные ядра, в которых увеличено содержание ДНК. Подобное встречается в колониеобразующих клетках красного костного мозга. Кроме того, наблюдаются случаи, когда молекулы ДНК увеличиваются в два раза, а число хромосом остается прежним. Они носят название политенных, и их можно обнаружить в клетках насекомых.

Мейоз

Механизм деления ядер половых клеток несколько отличается от соматических. В результате него получаются клетки, которые имеют в два раза меньше генетической информации, чем их предшественники. Это необходимо для того, чтобы поддерживать постоянное количество хромосом в каждой клетке организма.

Мейоз проходит в два этапа:

— редукционный этап;

— эквационный этап.

Правильное течение данного процесса возможно только в клетках с четным набором хромосом (диплоидным, тетраплоидным, гексапроидным и т. д.). Конечно, остается возможность прохождения мейоза и в клетках с нечетным набором хромосом, но тогда потомство может оказаться нежизнеспособным.

Именно этот механизм обеспечивает стерильность в межвидовых браках. Так как в половых клетках находятся различные наборы хромосом, это затрудняет их слияние и появление жизнеспособного или фертильного потомства.

Второе деление мейоза

Этот процесс еще иначе называют «митозом мейоза». В момент между двумя фазами удвоения ДНК не происходит, и во вторую профазу клетка вступает с тем же набором хромосом, который у нее остался после телофазы 1.

1. Профаза: хромосомы конденсируются, проходит разделение клеточного центра (его остатки расходятся к полюсам клетки), разрушается оболочка ядра и формируется веретено деления, расположенное перпендикулярно к веретену из первого деления.

2. Метафаза: хромосомы располагаются на экваторе, образуется метафазная пластинка.

3. Анафаза: хромосомы делятся на хроматиды, которые расходятся в разные стороны.

4. Телофаза: в дочерних клетках образуется ядро, хроматиды деспирализуются в хроматин.

В конце второй фазы из одной материнской клетки мы имеем четыре дочерних с половинным набором хромосом. Если мейоз происходит совместно с гаметогенезом (то есть образованием половых клеток), то деление проходят резко, неравномерно, и формируется одна клетка с гаплоидным набором хромосом и три редукционных тельца, не несущих необходимой генетической информации. Они необходимы для того, чтобы в яйцеклетке и сперматозоиде сохранялась только половина генетического материала родительской клетки. Кроме того, такая форма деления ядра обеспечивает появление новых комбинаций генов, а также наследование чистых аллелей.

У простейших существует вариант мейоза, когда происходит только одно деление в первую фазу, а во вторую наблюдается кроссинговер. Ученые предполагают, что данная форма является эволюционным предшественником обычного мейоза многоклеточных организмов. Возможно, существуют и другие способы деления ядра, о которых ученые еще не знают.

Деление клеток

Деление клеток — часть процесса жизни абсолютно любого живого организма. Все новые клетки образуются из старых (материнских). Это одно из основных положений клеточной теории. Но существует несколько видов деления, которые напрямую зависят от природы этих клеток.

Деление прокариотических клеток

Чем отличается прокариотическая клетка от эукариотической? Самое главное отличие — отсутствие ядра (собственно поэтому так и называются). Отсутствие ядра означает, что ДНК просто находится в цитоплазме.

Процесс выглядит следующим образом:

репликация (удвоение) ДНК —>  клетка удлиняется —> образуется поперечная перегородка —>  клетки разделяются и расходятся

Деление эукариотических клеток

Жизнь любой клетки состоит из 3 этапов: рост, подготовка к делению и, собственно, деление.

Как происходит подготовка к делению?

Этот период подготовки  к делению называется ИНТЕРФАЗА.

Интерфаза состоит из трех периодов: пресинтетического, или постмитотического, — G1, синтетического — S, постсинтетического, или премитотического, — G2.

• Во-первых, клетка растет — это пресинтетический период
• во-вторых, удваивается молекула ДНК   — это синтетический период
• в третьих, синтезируется и накапливается белок, аккумулируется энергия,  удваиваются центриоли — постсинтетический период.

Амитоз

Прямое или бинарное деление клеток

Это самый экономичный (с точки зрения энергии) метод деления клеток.

Основные особенности:

• ядро делится перетяжкой надвое;
• веретено деления не образуется;
• распределение ДНК между клетками произвольное.

При таком «неаккуратном» делении могут возникнуть многоядерные клетки. Логично, что при таком делении главное — количество новых клеток и скорость их образования, а не их «качество».

Поэтому логично, что оно характерно либо для простейших одноклеточных организмов, либо для специализированных клеток — либо тех, которые потом должны погибнуть — кора у растений, при злокачественных процессах и т.д.

Митоз

он же

Непрямоеделение клеток, не половое деление

Это основной способ деления эукариотических соматических (клеток тела) клеток.

Выделяют 4 фазы митоза:

(под каждой фазой указана формула, где n — число хромосом, С — ДНК)

Профаза(2n4C)

• Самая длительная фаза деления клетки. Двухроматидные хромосомы конденсируются, утолщаются и спирализуются. Вообще, возможность увидеть хромосомы — результат наблюдения профазы клетки;растворяется ядерная оболочка;исчезает ядрышко;
• Центриоли ( в животных клетках) расходятся к разным полюсам клетки, из микротрубочек начинает формироваться веретено деления — своеобразные «рельсы», по которым хромосомы будут двигаться к полюсам клетки.

Метафаза

(2n4C)

(именно в этой фазе хромосомы лучше всего видны в световой микроскоп)

• Образуется «плоскость», в которой будут располагаться хромосомы — метафазная плоскость
• микротрубочки «выбирают специализацию» — центросомные — тянутся от одного полюса клетки к другому, хромосомные — связаны с центромерам (сердинками) хромосом.
• Двухроматидные хромосомы вытягиваются микротрубочками в центр клетки — они как бы выстраиваются по экватору.

Анафаза(4n4C)

• самая короткая фаза по продолжительности
• центромеры делятся на две части
• деление двухроматидных хромосом на однохроматидные хроматиды и эти сестринские хроматиды расходится к разным частям клетки.

Телофаза(4n4C -> 2 x 2n2C)

• хромосомы (однохроматидные) раскручиваются (деспирализуются),  в микроскоп их уже не разглядеть
• происходит разрушение ( растворение) нитей веретена деления
• вокруг хромосомного набора в каждой части клетки начинает формироваться ядерная оболочка и ядрышки,
• веретено деления разрушается и образуется перетяжка, которая разделит делящуюся материнскую клетку на две новые дочерние (цитокинез)

Обратите внимание, что митотическое деление клеток характерно для соматических клеток (неполовых, клеток тела) — у них изначально двойной — ДИПЛОИДНЫЙ набор хромосом.  И в результате митоза образуются 2 новые клетки, каждая с таким же диплоидным набором

Митоз обеспечивает:

• сохранение хромосомного набора при делении клеток — образование новых клеток, абсолютно идентичных материнской;
• увеличение общего числа клеток в организме ( рост организма, превращение зиготы в бластулу)
• восстановление организма ( регенерацию)
• вегетативное размножение и размножение простейших организмов
• обновление организма (замена устаревших клеток)
• у споровых растений — прорастание спор в гаметофит и образование гаметофитом гамет

Очень часто в заданиях ЕГЭ просят указать количество хромосом и ДНК в каждой фазе.

Об этом подробно читаем .

• Тест ОГЭ по теме «Деление клеток. Амитоз и митоз»
• Вопросы ЕГЭ по теме