Биологическое значение митоза для одноклеточных организмов. Каково биологическое значение митоза

Митоз (от гр. mitos - нить), или непрямое деление, - основной способ деления эукариотических клеток. Митоз - это деление ядра, которое приводит к образованию двух дочерних ядер, в каждом из которых имеется точно такой же набор хромосом, что и в родительском ядре. Вслед за делением ядра обычно следует деление самой клетки, поэтому часто термином «митоз» обозначают деление клетки целиком.

Митоз впервые наблюдали в спорах папоротников, хвощей и плаунов Г. Э. Руссов, преподаватель Дерптского университета в 1872 г. и русский ученый И. Д. Чистяков в 1874 г. Детальные исследования поведения хромосом в митозе были выполнены немецким ботаником Э. Страсбургером в 1876-1879 гг. на растениях и немецким гистологом В. Флеммингом в 1882 г. на животных.

Митоз представляет собой непрерывный процесс, но для удобства изучения биологи делят его на четыре стадии в зависимости от того, как выглядят в это время хромосомы в световом микроскопе. В митозе выделяют профазу, метафазу, анафазу и телофазу.

В профазе происходит укорочение и утолщение хромосом вследствие их спирализации. В это время хромосомы двойные состоят из двух сестринских хроматид, связанных между собой. Удвоение хромосом произошло в S-периоде интерфазы. Одновременно со спирализацией хромосом исчезает ядрышко и фрагментируется (распадается на отдельные цистерны) ядерная оболочка. После распада ядерной оболочки хромосомы свободно и беспорядочно лежат в цитоплазме.

В профазе центриоли (в тех клетках, где они есть) расходятся к полюсам клетки. В конце профазы начинает образовываться веретено деления , которое формируется из микротрубочек путем полимеризации белковых субъединиц.

Микротрубочки начинают формироваться со стороны центриолей.

В метафазе завершается образование веретена деления, которое состоит из микротрубочек двух типов хромосомных, которые связываются с центромерами хромосом, и центросомных (полюсных), которые тянутся от полюса к полюсу клетки. Каждая двойная хромосома прикрепляется к микротрубочкам веретена деления. Хромосомы как бы выталкиваются микротрубочками в область экватора клетки, т. е. располагаются на равном расстоянии от полюсов. Они лежат в одной плоскости и образуют так называемую экваториальную, или метафазную, пластинку . В метафазе отчетливо видно двойное строение хромосом, соединенных только в области центромеры. В этот период легко подсчитывать число хромосом, изучать их морфологические особенности.

В анафазе дочерние хромосомы с помощью микротрубочек веретена деления растягиваются к полюсам клетки. Во время движения дочерние хромосомы несколько изгибаются наподобие шпильки, концы которой повернут в сторону экватора клетки. Таким образом, в анафазе хроматиды удвоенных в интерфазе хромосом расходятся к полюсам клетки. В этот момент в клетке находятся два диплоидных набора хромосом.

В телофазе происходят процессы, обратные тем, которые наблюдаются в профазе: начинается деспирализация (раскручивание) хромосом, они набухают и становятся плохо видимыми под микроскопом. Вокруг хромосом у каждого полюса из мембранных структур цитоплазмы формируется ядерная оболочка, в ядрах возникают ядрышки. Разрушается веретено деления.

На стадии телофазы происходит разделение цитоплазмы (цитотомия) с образованием двух клеток В клетках животных плазматическая мембрана начинает впячиваться внутрь области, где располагался экватор веретена. В результате впячивания образуется непрерывная борозда, опоясывающая клетку по экватору и постепенно разделяющая одну клетку на две.

В клетках растений в области экватора из остатков нитей веретена деления возникает бочковидное образование - фрагмопласт . В эту область со стороны полюсов клетки устремляются многочисленные пузырьки комплекса Гольджи, которые сливаются друг с другом. Содержимое пузырьков образует клеточную пластинку, которая делит клетку на две дочерние, а мембрана пузырьков Гольджи образует недостающие цитоплазматические мембраны этих клеток. Впоследствии на клеточную пластинку со стороны каждой из дочерних клеток откладываются элементы клеточной оболочки.

В результате митоза из одной клетки возникают две дочерние клетки с тем же набором хромосом, что и в материнской клетке.

Биологическое значение митоза состоит, таким образом, в строго одинаковом распределении между дочерними клетками материальных носителей наследственности - молекул ДНК, входящих в состав хромосом. Благодаря равномерному распределению реплицированных хромосом происходит восстановление органов и тканей после повреждения. Митотическое деление клеток является также цитологической основой бесполого размножения организмов.

Мито́з - непрямое деление клетки, кариокинез,[~ 1] наиболее распространенный способ репродукции эукариотических клеток. Биологическое значение митоза состоит в строго одинаковом распределении хромосом между дочерними ядрами, что обеспечивает образование генетически идентичных дочерних клеток и сохраняет преемственность в ряду клеточных поколений.

Митозсостоит из четырех фаз: профазы, метафазы, анафазы, телофазы.

В профазе увеличивается объем ядра, хромосомы становятся видимыми вследствие спирализации, по две центриоли расходятся к полюсам клетки. В результате спирализании хромосом становится невозможным считывание генетической информации с ДНК

и синтез РНК прекращается. Между полюсами протягиваются нити ахроматинового веретена: формируется аппарат, обеспечивающий расхождение хромосом к полюсам клетки. В конце профазы ядерная оболочка распадается на отдельные фрагменты, края которых смыкаются. Образуются мелкие пузырьки, сходные с эндоплазматической сетью.

На протяжении профазы продолжается спирализация хромосом, которые утолщаются и укорачиваются. После распада ядерной оболочки хромосомы свободно и беспорядочно лежат в цитоплазме.

В метафазе спирализация хромосом достигает максимума, и укороченные хромосомы устремляются к экватору клетки, располагаясь на равном расстоянии от полюсов. Видно, что хромосомы состоят из двух хроматид, соединенных только в области центромеры. Центромерные участки хромосом располагаются в одной плоскости. Митотическое веретено к этому времени уже полностью сформировано. Часть нитей веретена идет от полюса к полюсу - это непрерывные нити. Другие нити - хромосомные - соединяют полюса с центромерами хромосом.

В анафазе центромеры разъединяются, и с этого момента сестринские хроматиды становятся самостоятельными дочерними хромосомами. Механизм движения дочерних хромосом к полюсам клетки обеспечивается следующими процессами. Во-первых, скольжением хромосомной нити веретена деления, к которой прикреплена хромосома. Во-вторых, отщеплением фрагментов хромосомной нити ферментами в области клеточного центра (или центромерного участка), в результате чего нить укорачивается и приближает хромосому к полюсу. Таким образом, в анафазе хроматиды удвоенных еще в интерфазе хромосом точно расходятся к полюсам клетки. В этот момент в клетке находятся два диплоидных набора хромосом Завершается митоз телофазой. Хромосомы, собравшиеся у полюсов, деспирализуются и становятся едва видимыми. Из мембранных структур цитоплазмы образуется ядерная оболочка. В клетках животных цитоплазма делится вследствие перетяжки тела клетки на две меньших размеров, каждая из которых содержит один диплоидный набор хромосом. В клетках растений цитоплазматическая мембрана возникает в середине клетки и распространяется к периферии, разделяя клетку пополам. После образования поперечной цитоплазматической мембраны у растительных клеток появляется целлюлозная стенка. Начиная с оплодотворенной яйцеклетки - зиготы, - все дочерние клетки, образовавшиеся в результате митоза, содержат одинаковый набор хромосом и одни и те же гены, обеспечивая преемственность генотипа в ряду клеточных поколений. Таким образом, биологический смысл митоза как способа деления клеток заключается в точном распределении генетического материала между дочерними клетками. В результате митоза обе дочерние клетки получают диплоидный набор хромосом. Биологическое значение митоза. Постоянство строения и правильность функционирования органов и тканей многоклеточного организма были бы невозможны без сохранения одинакового набора генетического материала в бесчисленных клеточных поколениях. Митоз обеспечивает важные проявления жизнедеятельности: эмбриональное развитие, рост, восстановление органов и тканей после повреждения, поддержание структурной целостности тканей при постоянной утрате клеток в процессе их функционирования (замещение погибших эритроцитов, случившихся клеток кожи, эпителия кишечника и пр.). У простейших митоз обеспечивает бесполое размножение.

Мейоз и его стадии.

МЕЙОЗ - это деление клетки, при котором происходит редукция числа хромосом и их перекомбинация у дочерних клеток по сравнению с материнской. Мейоз - основа полового размножения, при котором потомство не идентично родителям. Важнейшая его эволюционная роль - барьер на пути нежизнеспособных комбинаций хромосом и генов. Мейоз протекает в два этапа, первый из которых называется редукционным (в процессе именно этого этапа количество хромосом у дочерних клеток уменьшается в два раза), а второе - эквационным (в результате него происходит равномерное распределение хромосом по дочерним клеткам, оно аналогично митозу). С уменьшением числа хромосом в результате мейоза в жизненном цикле происходит переход от диплоидной фазы к гаплоидной.

В связи с тем, что в профазе первого, редукционного, этапа происходит попарное слияние (конъюгация) гомологичных хромосом, правильное протекание мейоза возможно только в диплоидных клетках или в чётных полиплоидах (тетра-, гексаплоидных и т. п. клетках). Мейоз может происходить и в нечётных полиплоидах (три-, пентаплоидных и т. п. клетках), но в них, из-за невозможности обеспечить попарное слияние хромосом в профазе I, расхождение хромосом происходит с нарушениями, которые ставят под угрозу жизнеспособность клетки или развивающегося из неё многоклеточного гаплоидного организма.

Фазы мейоза

Мейоз состоит из 2 последовательных делений с короткой интерфазой между ними.

Профаза I - профаза первого деления очень сложная и состоит из 5 стадий:

o Лептотена или лептонема - упаковка хромосом, конденсация ДНК с образованием хромосом в виде тонких нитей (хромосомы укорачиваются).

o Зиготена или зигонема - происходит конъюгация - соединение гомологичных хромосом с образованием структур, состоящих из двух соединённых хромосом, называемых тетрадами или бивалентами и их дальнейшая компактизация.

o Пахитена или пахинема - (самая длительная стадия) кроссинговер (перекрест), обмен участками между гомологичными хромосомами; гомологичные хромосомы остаются соединенными между собой.

o Диплотена или диплонема - происходит частичная деконденсация хромосом, при этом часть генома может работать, происходят процессы транскрипции (образование РНК), трансляции (синтез белка); гомологичные хромосомы остаются соединёнными между собой. У некоторых животных в ооцитах хромосомы на этой стадии профазы мейоза приобретают характерную форму хромосом типа ламповых щёток.

o Диакинез - ДНК снова максимально конденсируется, синтетические процессы прекращаются, растворяется ядерная оболочка; центриоли расходятся к полюсам; гомологичные хромосомы остаются соединёнными между собой.

К концу Профазы I центриоли мигрируют к полюсам клетки, формируются нити веретена деления, разрушается ядерная мембрана и ядрышки.

Метафаза I - бивалентные хромосомы выстраиваются вдоль экватора клетки.

Анафаза I - микротрубочки сокращаются, биваленты делятся и хромосомы расходятся к полюсам. Важно отметить, что, из-за конъюгации хромосом в зиготене, к полюсам расходятся целые хромосомы, состоящие из двух хроматид каждая, а не отдельные хроматиды, как в митозе.

Телофаза I - хромосомы деспирализуются и появляется ядерная оболочка.

Второе деление мейоза следует непосредственно за первым, без выраженной интерфазы: S-период отсутствует, поскольку перед вторым делением не происходит репликации ДНК.

Профаза II - происходит конденсация хромосом, клеточный центр делится и продукты его деления расходятся к полюсам ядра, разрушается ядерная оболочка, образуется веретено деления.

Метафаза II - унивалентные хромосомы (состоящие из двух хроматид каждая) располагаются на «экваторе» (на равном расстоянии от «полюсов» ядра) в одной плоскости, образуя так называемую метафазную пластинку.

Анафаза II - униваленты делятся и хроматиды расходятся к полюсам.

Телофаза II - хромосомы деспирализуются и появляется ядерная оболочка.

В результате из одной диплоидной клетки образуется четыре гаплоидных клетки. В тех случаях, когда мейоз сопряжён с гаметогенезом (например, у многоклеточных животных), при развитии яйцеклеток первое и второе деления мейоза резко неравномерны. В результате формируется одна гаплоидная яйцеклетка и два так называемых редукционных тельца.

Средняя образовательная школа № 33 имени Кайрата Рыскулбекова

Открытый урок по биологии

Тема: « Митоз как основа бесполого размножения, его фазы. Биологическая сущность митоза.»

9 «В» класс

Учитель: Калиева А.А.

Семей -2013 -2014 учебный год.

Урок № 16, 9 «В» класс по биологии.

Дата: 24.10.2013г

Тема: Митоз как основа бесполого размножения, его фазы. Биологическая сущность митоза.

Цель :

Образовательная : сформировать на уроке представление о митозе, как непрямом способе деления клетки; изучить фазы митоза и его биологическую роль; на примере деления клетки показать отражение закона диалектики отрицание отрицания.

Развивающая : способствовать развития аналитического мышления и познавательного интереса учащихся, развивать память, внимание, наблюдательность; способствовать формированию у учащихся интеллектуальных умений.

Воспитательная : воспитывать гуманное отношение к природе; уважение к чужому труду; ответственность за результат учебного труда, чувство аккуратности и добросовестности.

Задачи:

Образовательные : сформировать умение отличать митоз от других способов деления клеток; различать фазы митоза по происходящим в них процессам; уметь воспроизводить их на бумаге; уметь применять полученные знания о митозе для объяснения значения этого процесса в жизни организмов.

Развивающие : развивать умение анализировать явления,делать сравнительный анализ разных фаз митоза делать логические выводы; развивать навык работы с текстовыми таблицами; развитие внимательности при поиске ошибок.

Воспитательные : стремиться формировать материалистическое мировоззрение; воспитывать умение общаться друг с другом;,; воспитывать познавательную самостоятельность и поддерживать интерес к предмету.

Оборудование : компьютер, интерактивное пособие по теме «Митоз» таблица « Митоз» , схематическое изображение разных фаз митоза, картинки смайликов.

Ход урока:

I . Организация начала занятия. (1-2 мин).

Подготовка учащихся к работе на занятии: приветствие; проверка готовности учащихся к занятию, быстрое включение их в деловой ритм.

II . Проверка выполнения домашнего задания (10- 15 мин).

Для начала немного повторим, вспомним,что мы уже знаем

Беседа по вопросам, которые необходимо вспомнить для изучения нового материала

Что вы знаете о делении клетки? (деление–это жизненное свойство клетки);

Что такое клеточный центр? (органоид, содержащий две центриоли, состоящих из микротрубочек);

Что такое ДНК? (хранитель наследственной информации);

Что такое редупликация ДНК? (удвоение молекул ДНК);

Что такое хромосомы? (органоиды – носители наследственной информации);

Что такое диплоидный набор хромосом? (двойной набор, характерный для соматических клеток);

Что такое гаплоидный набор хромосом? (одинарный, характерный для половых клеток).

В ходе беседы проводится работа по коррекции знаний.

Итак, вы успешно справились с вопросами, и мы переходим к изучению нового материала.

Сегодня мы с вами познакомимся с процессом деления клетки – митозом, узнаем, что такое жизненный цикл клетки.

Ребята, как вы думаете, какие качества должны быть присущи современному человеку, чтобы он мог добиться успеха? (трудолюбие, ответственность, целеустремлённость, профессионализм). Вы правы, все эти качества потребуются нам на сегодняшнем уроке.

Эпиграфом к нашему уроку мне хотелось бы взять слова немецкого поэта Г.Э.Лессинга

« Спорьте, заблуждайтесь, ошибайтесь, но, ради Бога, размышляйте, и хотя и криво, да сами » . (Слайд № 1)

Тема нашего урока : Митоз как основа бесполого размножения, его фазы. Биологическая сущность митоза. ( Слайд №2). (20 мин)

Цели урока:

Познакомиться с особенностями митоза и его биологической ролью в природе.

Раскрыть особенности протекания каждой фазы митоза.

Рассмотреть механизмы, обеспечивающие генетическую идентичность дочерних клеток. (слайд № 3)

III . Объяснение нового материала . (Слайд №4)

Один из способов бесполого размножения, изученных нами это, деление. В биологии процессы подчиняются законам философии. Мы с вами уже встречались с законом борьбы и единства противоположности, когда изучали катаболизм и анаболизм. А есть ещё другой закон - закон отрицание отрицания. Проросток отрицает семя, а новая клетка – старую. Деление – это увеличение числа клеток. (Открываю слайд с делящимися клетками), основа размножения и развития. Из одной старой большой дряхлой клетки в результате деления получается две молодые юные клетки, которые начинают расти, увеличиваться в размерах, выполнять свойственные им функции и, наконец, приступают к делению – заканчивается их жизненный цикл. Следовательно, жизненный цикл клетки или по-другому клеточный цикл это-

КЛЕТОЧНЫЙ ЦИКЛ – ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ СОБЫТИЙ ПРОИСХОДЯЩИХ МЕЖДУ ОБРАЗОВАНИЕМ КЛЕТКИ И ЕЁ СЛЕДУЮШИМ ДЕЛЕНИЕМ ИЛИ СМЕРТЬЮ . (Слайд № 5)

Существуют 3 стадии клеточного цикла: Слайд №6)

1.ИНТЕРФАЗА

2.МИТОЗ (КАРИОКИНЕЗ)

3.ЦИТОКИНЕЗ (ДЕЛЕНИЕ ЦИТОПЛАЗМЫ)

Начинается клеточный цикл с интерфазы. Это самая большая фаза. В ней происходят 3 важных этапа.

1.ИНТЕРФАЗА - это непосредственно жизнь клетки, во время которой клетка выполняет свойственные ей функции, ради чего появилась на свет, осуществляет клеточный метаболизм, биосинтез,проводит процессы транскрипции и трансляции, образует митохондрии, хлоропласты и др. клеточные органоиды. (прикрепляю схематическое изображение).

2. В конце интерфазы клетка начинает готовиться к делению. При этом происходит удвоение (репликация) ДНК, укорачивание нитей ДНК за счёт их спирализации. Ведь нить ДНК длиной ок. 2-х метров и она так компактно укладывается, что хромосомы уже становятся хорошо видимыми в световой микроскоп. (прикрепляю схематическое изображение)

А теперь давайте вспомним, сколько хромосом содержит человеческая клетка? 46. Следовательно, одна клетка содержит 46 хромосом, и разделившись, сколько хромосом будут содержать дочерние клетки?

23 23

Логично, но если каждая клетка разделится ещё пополам, то будет дробное число и т.д.

Значит, на макушке у на одно число хромосом, а на пятках другое? Вы согласны? Нет? А как же тогда выйти из положения? Как получить во всем организме одинаковое число хромосом не нарушая законов математики? (ребята высказывают свои предположения)

Остаётся только признать такую схему деления - не очень логичную, но зато правильную.

46 46

Тогда возникает вопрос?. А как же так может получиться? (Ученики высказывают свои предположения)

Это получается так потому, что митоз особенное - непрямое деление клетки.

МИТОЗ - это такое деление клеточного ядра, при котором образовавшиеся дочерние клетки имеют идентичные материнскому наборы хромосом. Митоз - это деление соматических клеток (клеток тела). (Слайд № 7)

Впервые митоз, как способ деления соматических клеток открыли в 1879г. Бовери и Флеминг.

Процесс включает 4 фазы.

Предлагаю вам в тетради написать такую таблицу.

Давайте схематично изобразим суть процесса. Я рисую на доске, а вы внимательно смотрите, и в тетрадях рисуете вместе со мной. Вы в таблицу записываете название фазы в первый столбик и особенности данной во второй.

(Слайд № 8)

1. Профаза. В первую фазу митоза ядерная оболочка разрушается, исчезает ядрышко, центриоли расходятся по полюсам клетки. Между ними натягиваются нити веретена деления. Каждая хромосома состоит из двух хроматид, соединённых перетяжкой –центромерой. Закончилась профаза. (Слайд № 9).

2.Метафаза . Хромосомы прикрепляются к нитям веретена деления своими перетяжками и выстраиваются по экватору клетки. (Слайд № 10).

3.Анафаза. Самая короткая. Нити веретена деления растягивают хроматиды в разные стороны. (Слайд № 11).

4.Телофаза. Фаза обратная профазе. Разошедшиеся хроматиды становятся хромосомами и начинают раскручиваться. Образуется ядерная оболочка, ядрышко. (Слайд № 12).

Процесс митоза заканчивается. Начинается цитокинез- деление цитоплазмы и органоидов.Продолжительность митоза 1.5 – 2 часа. У животных образуется перетяжка между клетками, а у растений срединная перегородка. Получаются 2 дочерние клетки.

А теперь сравните картинку телофазы и интерфазы: сравните количество хромосом и ответьте на вопрос. Какой процесс к этому привёл? (Удвоение хромосом в интерфазе). (Слайд № 13).

Показываю общую схему митоза на мониторе.

Биологический смысл митоза заключается в том, что все клетки одного организма имеют одинаковый набор хромосом.

Образовавшаяся в результате оплодотворения зигота начинает делиться митозом на равноценные клетки, давая начало новому организму, все клетки которого, несмотря на их разнообразие, имеют одинаковый, равноценный набор хромосом. Благодаря митозу осуществляется рост организма, регенерация органов, а также обуславливает сходство потомства с родителями из поколения в поколение.

(2 мин).

(Видео: Процесс деление клетки печени человека)

(Слайд № 14).

В процессе митоза происходит строго

одинаковое распределение точно

скопированных хромосом между дочерними клетками, что обеспечивает образование генетически идентично-одинаковых клеток. (Слайд № 15).

Ребята, урок заканчивается, давайте повторим с вами изученное и сделаем вывод:

(Слайд № 16).

Значение митоза:

В результате митоза возникают две дочерние клетки, содержащие столько же хромосом, сколько их было в ядре материнской клетки.

Благодаря митозу осуществляются процессы регенерации и замены отмирающих клеток. (Слайд № 17). (2 мин)

IV .Закрепление. (тест) (5 мин).

1. Отметьте неверный ответ.

Прививки используют для размножения растений, так как:

а) это более быстрый способ, чем выращивание из семян;
б) при этом сохраняется желаемый набор признаков;
в) образующиеся растения сочетают в себе признаки обоих родителей.

2. Что такое клеточный, или жизненный, цикл клетки?

а) жизнь клетки в период ее деления;
б) жизнь клетки от деления до следующего деления или до смерти;
в) жизнь клетки в период интерфазы.

3. Митоз – это основной способ деления:

а) половых клеток;
б) соматических клеток;
в) а + б.

4. В профазе митоза происходит:

а) удвоение содержания ДНК;
б) синтез ферментов, необходимых для деления клетки;
в) спирализация хромосом.

5. В анафазе митоза происходит расхождение:

а) дочерних хромосом;
б) гомологичных хромосом;
в) негомологичных хромосом;
г) органоидов клетки.

6. В какой из фаз митоза происходит утолщение (спирализация) хромосом, исчезает ядрышко, распадается ядерная оболочка, расходятся к полюсам центриоли и образуется веретено деления?

а) анафазе;
б) телофазе;
в) профазе;
г) метафазе.

7. Хромосомы расположены в одной плоскости в центре клетки (на экваторе). К каждой из них в области центромеры присоединены с двух сторон нити веретена. Это характерно для фазы митоза:

а) профазы;
б) метафазы;
в) анафазы;
г) телофазы.

8. Репликация происходит в

а) профазе;
б) метафазе;
в) интерфазе;
г) телофазе.

9. Деление центромер и расхождение хроматид к полюсам клетки происходит в:а) профазе;
б) метафазе;
в) анафазе;
г) телофазе.

10. Биологическое значение митоза заключается в:а) строго одинаковом распределении между дочерними клетками материала цитоплазмы и ядра
б) увеличении числа клеток
в) а + б

Ответы к тесту: 1– в; 2– б; 3– б; 4– в; 5– а; 6– в; 7– б; 8–в; 9–в; 10–в.

Критерии оценки : 100%–85% – 5, 84–75% – 4, 74–50% – 3, 49% –2.

Выставление оценок учащимся за урок

Теперь запишите домашнюю работу: п. 1 6 , заполнить таблицу в тетради до конца, соотнеся процессы фаз с их рисунками (Слайд № 18) (1 -2 мин).

В биологии довольно много интересных и загадочных тем, и одна из них - это строение клетки и процессы ее жизнедеятельности. В знаниях о клетке самым интригующим событием по праву считается ее деление. Что такое митоз (деление), какова его сущность и значение? Об этом речь в данной статье.

Виды репродукции клеток

Размножение - неотъемлемая часть всего живого на нашей планете. Эта особенность присуща всем живым организмам и клеткам как наименьшей структурной единице организма. Выделяют следующие виды деления клеток :

Клеточный цикл

Для размножения клеток необходима репликация (удвоение) ДНК, ведь только так возможно простое деление клетки на две идентичные дочерние. Вот что такое митоз (mitosis, с греч. mitos - нить) - это способ деления клеток с точным разделением генетического материала между дочерними клетками. При этом процесс репликации генетического материала и его распределение между дочерними клетками разделены во времени.

Период, предшествующий митозу клетки, называется интерфазой. Именно в этот период происходит репликация ДНК.

Периоды между делением (митозом) или гибелью клетки называется клеточным циклом.

Период интерфазы - самый длинный в клеточном цикле. Он предусматривает накопление энергетических и структурных компонентов, которые потребуются для деления, и синтез нуклеотидов, необходимых для репликации дезоксирибонуклеиновых кислот.

Цитология процесса

Образование двух идентичных материнской клеток - вот что такое митоз. Такой тип деления свойственен всем соматическим клеткам многоклеточного организма и стал одним из способов неполового размножения одноклеточных. Процесс митоза разделен на четыре фазы, которые следуют одна за другой. Фазы разделяются в соответствии с физико-химическим состоянием цитоплазмы и местом нахождения и внешним видом хромосом. Длительность и особенности этих фаз различны для разных типов клеток, но последовательность и главные особенности остаются неизменными для любого митоза. Что такое стадии данного типа деления и каковы их отличия, рассмотрим дальше.

Первая фаза - профаза

На этой стадии происходит спирализация хромосом (конденсация и уплотнение), которые были удвоены в интерфазе. Именно на этой стадии хромосомы становятся видны в световой микроскоп. Цитоплазма клетки становится вязкой, разрушаются оболочки ядра, а центриоли формируют веретено деления - это система из микротрубочек из белка тубулина, тянущаяся от полюсов клетки к ее экватору. Именно веретено деления будет отвечать за четкое расхождение хромосом.

Метафаза и анафаза - следующие стадии митоза

Что такое происходит дальше? Именно эти две фазы считают самыми главными при делении клеток. В метафазе хромосомы выстраиваются по экватору клетки и образуют экваториальную пластинку, которую называют материнской звездой. Каждая хромосома прикрепляется к микротрубочкам веретена деления своими центромерами. В анафазе нитки миофибрилл, которые фиксируют веретено деления, начинают сокращаться и растягивают хроматиды к полюсам клетки. Анафазу называют стадией дочерних звезд. До окончания анафазы у каждого полюса собирается диплоидный набор хромосом.

Заключительная стадия митоза

Она называется телофазой. На этой стадии начинается процесс цитокинеза - физического деления клетки. Хромосомы у полюсов деспирализуются (раскручиваются и связываются с белками), формируется ядерная оболочка и перетяжка, которая разделит клетку на две. У растительной клетки эта перетяжка образуется из внутриклеточной пластины, а в животных клетках разделение происходит за счет формирования борозды деления.

Длительность фаз и регуляция процесса

Продолжительность такого деления различна у разного типа клеток. В животных клетках он длится 30-60 минут, в растительных - 2-3 часа. Длительность стадий митоза также различна и зависит от множества факторов (размер клетки, плоидность, условия внешней среды). Однако более длительны фазы деления, связанные с синтезом веществ - про- и телофаза. Например, в клетках млекопитающих профаза митоза длится 25-30 минут, метафаза и анафаза - около 15 минут каждая, а телофаза может продлиться до 40 минут. В организме многоклеточных митотическая активность клеток контролируется нейрогуморально. В ней принимают участие нервная система и гормоны органов внутренней секреции (например, гормоны надпочечников, гипофиза, щитовидки и половые гормоны). При нарушении нейрогуморальной регуляции происходит изменение митотической активности, что мы наблюдаем в клетках различных опухолей.

Критические точки

Клеточный цикл - это сложный процесс, который требует строгого контроля со стороны клетки. Стадии должны проходить строго одна за другой, при этом важно полное завершение предыдущей. Контрольные точки - это точки, которые гарантируют переход к последующим фазам и обеспечивают точность передачи информации. Выделяют три такие точки в клеточном цикле.

Первая - начало процесса репликации ДНК и подготовка к делению. Если произойдут нарушения в этой точке, это приведет к разрывам ДНК и нарушению целостности хромосом.

Вторая - проверка качества и полноты репликации наследственного материала. В случае нарушений в этой точке происходит нарушение кариотипа клеток.

Третья - это начало анафазы митоза, когда должно произойти расхождение хромосом к полюсам.

Изучение процессов, происходящих в этих точках, поможет усовершенствовать методы регенерации тканей и органов, найти пути предотвращения нарушений клеточного цикла и предотвратить неконтролируемое деление клеток. Нарушения клеточного цикла и патологический митоз может быть вызван также воздействием ядов или токсинов, экстремальными факторами (перегрев, кислородное голодание, ионизирующее излучение). К патологическому митозу могут приводить и вирусные инфекции.

Биологическое значение митоза

Такой тип деления клеток обеспечивает точную передачу наследственной информации в ряду последовательных клеточных циклов. Эта передача сохраняет кариотип (набор хромосом) организмов каждого вида и стабильность видов в процессе эволюции (исторического развития).

Все соматические клетки многоклеточного организма делятся митотически, что обеспечивает рост организма. Кроме того, значение митоза - в обеспечении регенерации тканей и органов и в замещении клеток. Например, костный мозг постоянно обновляет состав форменных элементов крови.

Множество животных и растений выбрали именно такой способ неполового размножения (одноклеточные, кишечнополостные, и не только). Природным доказательством полной идентичности клеток, образованных путем митоза, служат однояйцевые близнецы, которые происходят от одной зиготы, поделившейся путем митоза на ранних стадиях эмбрионального развития.

Митоз - это наиболее распространенный способ деления эукариотических клеток. При митозе геномы каждой из двух образовавшихся клеток идентичны между собой и совпадают с геномом исходной клетки.

Митоз является последним и обычно самым коротким по времени этапом клеточного цикла. С его окончанием жизненный цикл клетки заканчивается и начинаются циклы двух новообразовавшихся.

Диаграмма иллюстрирует длительность этапов клеточного цикла. Буквой M - обозначен митоз. Наибольшая скорость митоза наблюдается в зародышевых клетках, наименьшая - в тканях с высокой степенью дифференциации, если их клетки вообще делятся.

Хотя митоз рассматривают независимо от интерфазы, состоящей из периодов G 1 , S и G 2 , подготовка к нему происходит именно в ней. Самым важным моментом является репликация ДНК, происходящая в синтетическом (S) периоде. После репликации каждая хромосома состоит уже из двух идентичных хроматид. Они сближены по всей своей длине и соединены в области центромеры хромосомы.

В интерфазе хромосомы находятся в ядре и представляют собой клубок тонких очень длинных хроматиновых нитей, которые видны лишь под электронным микроскопом.

В митозе выделяют ряд последовательных фаз, которые также могут называться стадиями или периодами. При классическом упрощенном варианте рассмотрения выделяют четыре фазы. Это профаза, метафаза, анафаза и телофаза . Часто выделяют больше фаз: прометафазу (между профазой и метафазой), препрофазу (характерна для растительных клеток, предшествует профазе).

С митозом связан другой процесс – цитокинез , который протекает в основном в период телофазы. Можно сказать, что цитокинез является как бы составной частью телофазы, или оба процесса идут параллельно. Под цитокинезом понимают разделение цитоплазмы (но не ядра!) родительской клетки. Деление ядра называют кариокинезом , и оно предшествует цитокинезу. Однако при митозе как такового деления ядра не происходит, т. к. сначала распадается одно – родительское, потом образуются два новых – дочерних.

Бывают случаи, когда кариокинез происходит, а цитокинез - нет. В таких случаях образуются многоядерные клетки.

Длительность самого митоза и его фаз индивидуальна, зависит от типа клеток. Обычно профаза и метафаза является самыми длительными периодами.

Средняя продолжительность митоза около двух часов. Животные клетки обычно делятся быстрее, чем клетки растений.

При делении клеток эукариот обязательно образуется двухполюсное веретено деления, состоящее из микротрубочек и связанных с ними белков. Благодаря ему происходит равное распределение наследственного материала между дочерними клетками.

Ниже будет дано описание процессов, которые происходят в клетке в различные фазы митоза. Переход в каждую следующую фазу контролируется в клетке специальными биохимическими контрольными точками, в которых «проверяется», все ли необходимые процессы были правильно завершены. В случае наличия ошибок деление может остановиться, а может - и нет. В последнем случае возникают аномальные клетки.

Фазы митоза

В профазе происходят следующие процессы (в основном параллельно):

Хромосомы конденсируются

Ядрышки исчезают

Ядерная оболочка распадается

Формируются два полюса веретена деления

Митоз начинается с укорочения хромосом. Составляющие их пары хроматид спирализуются, в результате чего хромосомы сильно укорачиваются и утолщаются. К концу профазы их можно увидеть в световой микроскоп.

Ядрышки исчезают, т. к. образующие их части хромосом (ядрышковые организаторы) находятся уже в спирализованном виде, следовательно, неактивны и не взаимодействуют между собой. Кроме того распадаются ядрышковые белки.

В клетках животных и низших растений центриоли клеточного центра расходятся по полюсам клетки и выступают центрами организации микротрубочек . Хотя у высших растений центриолей нет, микротрубочки также образуются.

От каждого центра организации начинают расходиться короткие (астральные) микротрубочки. Формируется структура похожая на звезду. У растений она не образуется. Их полюса деления более широкие, микротрубочки выходят не из малой, а из относительно широкой области.

Распад ядерной оболочки на мелкие вакуоли знаменует конец профазы.

Справа на микрофотографии зеленым цветом подсвечены микротрубочки, синим - хромосомы, красным – центромеры хромосом.

Также следует отметить, что в период профазы митоза происходи фрагментация ЭПС, она распадается на мелкие вакуоли; аппарат Гольджи распадается на отдельные диктиосомы.

Ключевые процессы прометафазы идут большей часть последовательно:

Хаотичное расположение и движение хромосом в цитоплазме.

Соединение их с микротрубочками.

Движение хромосом в экваториальную плоскость клетки.

Хромосомы оказываются в цитоплазме, они беспорядочно двигаются. Оказавшись на полюсах, у них больше шансов скрепиться с плюс-концом микротрубочки. В конце концов нить прикрепляется к кинетохоре.

Такая кинетохорная микротрубочка начинает нарастать, чем отдаляют хромосому от полюса. В какой-то момент к кинетохоре сестринской хроматиды крепится другая микротрубочка, нарастающая с другого полюса деления. Она тоже начинает толкать хромосому, но уже в противоположном направлении. В результате хромосома становится на экваторе.

Кинетохоры представляют собой белковые образования на центромерах хромосом. Каждая сестринская хроматида имеет свой кинетохор, который «созревает» в профазе.

Кроме астральных и кинетохорных микротрубочек есть те, которые идут от одного полюса к другому, как бы распирают клетку в перпендикулярном экватору направлении.

Признаком начала метафазы является расположение хромосом по экватору , образуется так называемая метафазная, или экваториальная, пластинка . В метафазу хорошо видны количество хромосом, их отличия и то, что они состоят из двух сестринских хроматид, соединенных в районе центромеры.

Хромосомы удерживаются за счет сбалансированных сил натяжения микротрубочек разных полюсов.

Сестринские хроматиды разделяются, каждая двигается к своему полюсу.

Полюса удаляются друг от друга.

Анафаза самая короткая фаза митоза. Она начинается, когда центромеры хромосом разделяются на две части. В результате каждая хроматида становится самостоятельной хромосомой и оказывается прикреплена к микротрубочке одного полюса. Нити «тянут» хроматиды к противоположным полюсам. На самом деле микротрубочки разбираются (деполимеризуются), т. е. укорачиваются.

В анафазе животных клеток двигаются не только дочерние хромосомы, но и сами полюса. За счет других микротрубочек они расталкиваются, астральные микротрубочки прикрепляются к мембранам и тоже «тянут».

Движение хромосом останавливается

Хромосомы деконденсируются

Появляются ядрышки

Восстанавливается ядерная оболочка

Большая часть микротрубочек исчезает

Телофаза начинается, когда хромосомы перестают двигаться, остановившись у полюсов. Они деспирализуются, становятся длинными и нитевидными.

Микротрубочки веретена деления разрушаются от полюсов к экватору, т. е. со стороны своих минус-концов.

Вокруг хромосом образуется ядерная оболочка путем слияния мембранных пузырьков, на которые в профазе распалось материнское ядро и ЭПС. На каждом полюсе формируется свое дочернее ядро.

Поскольку хромосомы деспирализуются, ядрышковые организаторы становятся активными и появляются ядрышки.

Возобновляется синтез РНК.

Если на полюсах центриоли еще не парные, то около каждой достраивается парная ей. Таким образом на каждом полюсе воссоздается свой клеточный центр, который отойдет в дочернюю клетку.

Обычно телофаза заканчивается разделением цитоплазмы, т. е. цитокинезом.

Цитокинез может начаться еще в анафазе. К началу цитокинеза клеточные органеллы распределяются относительно равномерно по полюсам.

Разделение цитоплазмы растительных и животных клеток происходит по-разному.

У животных клеток благодаря эластичности цитоплазматическая мембрана в экваториальной части клетки начинает впячиваться во внутрь. Образуется борозда, которая в конце концов смыкается. Другими словами, материнская клетка делится перешнуровкой.

В растительных клетках в телофазе нити веретена не исчезают в области экватора. Они сдвигаются ближе к цитоплазматической мембране, их количество увеличивается, и они образуют фрагмопласт . Он состоит из коротких микротрубочек, микрофиламентов, частей ЭПС. Сюда перемещаются рибосомы, митохондрии, комплекс Гольджи. Пузырьки Гольджи и их содержимое на экваторе образуют срединную клеточную пластинку, клеточные стенки и мембрану дочерних клеток.

Значение и функции митоза

Благодаря митозу обеспечивается генетическая стабильность: точное воспроизводство генетического материала в ряду поколений. Ядра новых клеток содержат столько же хромосом, сколько их содержала родительская клетка, и эти хромосомы являются точными копиями родительских (если, конечно, не возникли мутации). Другими словами, дочерние клетки генетически идентичны материнской.

Однако митоз выполняет и ряд других немаловажных функций:

рост многоклеточного организма,

бесполое размножение,

замещение клеток различных тканей у многоклеточных организмов,

у некоторых видов может происходить регенерация частей тела.