1.4 Митоз и митотический цикл

Существует три способа деления клеток: амитоз, митоз и мейоз.

Амитоз - прямое деление клетки. При амитозе не происходит конденсации хромосом и не образуется веретено деления, Ядро делится перетяжкой, засечкой или фрагментацией, оставаясь в интерфазном состоянии. Деление цитоплазмы, то есть цитокинез, не всегда следует за делением ядра, поэтому могут возникнуть многоядерные клетки. Амитоз не обеспечивает равномерного распределения генетического материала, поэтому в норме он характерен для малоспециализированных клеток, заканчивающих своё развитие, например, для отмирающих эпителиальных клеток или фолликулярных клеток яичника. Наблюдается амитоз и при патологических процессах: воспалении, злокачественном росте.

После амитоза клетки не способны приступить к митотическому делению.

Митоз (греч. mithos – нити ) – непрямое деление клетки. Биологическое значение митоза заключается в точном идентичном распределении хромосом с содержащейся в них информацией между ядрами дочерних клеток. В результате этого деления дочерние клетки имеют набор хромосом, по количеству и качеству идентичного таковому материнской клетки. Этот способ деления характерен для соматических клеток. Митоз обеспечивает поддержание постоянства числа хромосом в ряду поколений, служит клеточным механизмом процессов роста, развития организма, регенерации и бесполого размножения.

Митотическое деление клетки включает в себя деление ядра (кариокинез) и деление цитоплазмы (цитокинез). Морфологически митоз состоит из четырех фаз: профазы, метафазы, анафазы и телофазы.

Профаза занимает 0,60 времени от всего митоза, метафаза – 0,05, анафаза- 0,05 и телофаза 0,3 времени митоза. Длительность митоза различна у разных клеток, но не менее 10 минут.

Профаза – самая продолжительная фаза митоза. Набор хромосом в профазе равен 2n, а количество ДНК равно 4С. Во время профазы увеличивается объём ядра. Хромосомы спирализуются, укорачиваются, утолщаются и становятся видимыми. Видно, что они состоят из двух хроматид, соединенных центромерой. Центриоли расходятся к полюсам клетки. Формируется веретено деления. К концу профазы ядрышки исчезают, ядерная оболочка растворяется, и хромосомы оказываются в цитоплазме.

Метафаза короткая. В метафазе спирализация хромосом достигает максимума, они располагаются в экваториальной плоскости веретена, образуя метафазную пластинку. Сестринские хроматиды обращены к противоположным полюсам. Митотическое веретено полностью сформировано и состоит из нитей, соединяющих центриоли или полюса клетки с центромерами хромосом (у высших растений ). Отчетливо видно, что хромосомы состоят из двух хроматид, соединенных в области центромеры. Четко видны число и форма хромосом, что позволяет сосчитать их и изучить строение. Набор хромосом и количество ДНК то же, что и в профазе, т.е. 2n4С.

Анафаза также короткая. В анафазе центромеры разъединяются, хроматиды, которые уже называются сестринскими или дочерними хромосомами, становятся самостоятельными. Нити веретена деления, прикрепленные к ценромерам, тянут дочерние хромосомы к полюсам клетки. Движение хромосом обеспечивается взаимодействием центромерных участков хромосом с микротрубочками веретена деления. В клетке находится два диплоидных набора при неизменном количестве ДНК, т.е. 4n4С.

Телофаза заканчивает митотическое деление. Хромосомы, состоящие из одной хроматиды, находятся у полюсов клетки. Они деспирализуются и становятся невидимы. Образуется ядерная оболочка, нити ахроматинового веретена распадаются. В ядре формируется ядрышко. Происходит деление цитоплазмы (цитокинез) и образование двух дочерних клеток. В клетках животных цитоплазма делится путем впячивания цитоплазматической мембраны от краев к центру, а в клетках растений образуется мембранная перегородка, которая растет по направлению к стенкам клетки. После образования поперечной цитоплазматической мембраны у растений образуется целлюлозная стенка. После деления в каждой дочерней клетке число хромосом и количество ДНК равно 2n2С.

Х Х - Материнская клетка :

2n =2 хромосомы = 4 хроматиды =

4С ДНК.

\\ \\ - Дочерние клетки :

2n = 2 хромосомы = 2 хроматиды =

2С ДНК.

Промежуток между делениями клеток называется интерфазой. Он сотоит из пресинтетического, синтетического и постсинтетического периодов.

В пресинтетический период, (G1- период), следующий непосредственно за делением клетки, синтез ДНК ещё не происходит, но накапливается РНК и белки, необходимые для образования клеточных структур.

В синтетический период, (S – период) идет синтез ДНК и репликация хромосомных структур, к концу этого периода содержание ДНК удваивается.

В постсинтетический период (G2- период) ДНК уже не синтезируется, но происходит накопление энергии и продолжается синтез РНК и белков, преимущественно ядерных.

Совокупность процессов, происходящих во время интерфазы и митоза, называется митотическим циклом. Различают два понятия – «митотический» и «жизненный» циклы клетки. Митотический цикл, как мы его уже определили – это цикл клетки от начала (или конца) одного деления до начала (или конца) другого деления, включающий в себя интерфазу и митоз. Жизненный цикл клетки – это период от появления клетки до её исчезновения, то есть весь период существования клетки.

Если клетка исчезает в результате нового деления, то жизненный и митотический циклы совпадают, а если клетка исчезает в результате её гибели и разложения, то в этом случае циклы по времени не совпадают. Высокоспециализированные клетки нервной ткани не делятся и всю свою жизнь находятся в пресинтетическом периоде интерфазы. Некоторые дифференцированные клетки эпителиальной и соединитнльной ткани при определенных условиях из пресинтетического периода переходят к следующим периодам митотического цикла. У таких клеток жизненный цикл продолжительнее митотического. Жизненный цикл клеток базального слоя эпидермиса может быть равен митотическому, так как клетки этого слоя кожи интенсивно делятся.

При нарушении хода митоза, происходящего под действием некоторых ядов, наблюдается нерасхождение хромосом, нарушение их строения, повреждение веретена деления. Вследствие повреждений возникают различного рода мутации.