Деление. Общая характеристика

1.4.1. Общая характеристика. При делении ядра происходит распределение ДНК между дочерними ядрами, т. е. передача наследственной информации. Ее реализация осуществляется в процессе синтеза белков. Через синтез белков ядро регулирует жизнедеятельнсоть клетки. Поэтому, если ядро из клетки удалить, она, как правило, быстро погибает. Функции ядра различны в разные периоды жизни клетки.

Жизнь клетки от одного деления до другого, включая само деление, составляет митотический, или клеточный, цикл (рис. 8).

Интерфаза этого цикла не является стадией покоя. Это стадия активной деятельности деспирализованных хромосом. Она включает три периода.

Пресинтетический период (G₁) — период воссоздания цитоплазматических структур, их работы. В ядре на деспирализованных хромосомах идет синтез всех форм РНК. На генах ДНК синтезируются различные иРНК, происходит транскрипция, переписывание информации. На молекулах иРНК в рибосомах с участием рРНК и тРНК идет синтез белков. Сборка белковых молекул на матрице принципиально иного вещества, на нуклеиновой кислоте, называется трансляцией. Трансляция — перевод с 4-буквенного нуклеотидного алфавита нуклеиновых кислот на 20-бук-венный аминокислотный алфавит белка. В ходе транскрипции и трансляции происходит реализация наследственной информации, заключенной в молекулах ДНК ядра. ДНК -> и РНК -> БЕЛОК.

Синтез одной молекулы белка длится всего 3...4 с. Основная часть синтезируемых белков — ферменты. Они определяют характер метаболизма и тем самым процесс развития клетки. Поскольку каждая клетка наследует от оплодотворенной яйцеклетки одни и те же ДНК, ее рибосомы могут получить от ядра потенциально одинаковую информацию (тотипотентность клеток). Тем не менее в одном и том же организме клетки развиваются по-разному, приобретают различные формы и функции. Такая дифференциация зависит от того, что различные клетки используют разную информацию, в их ядрах работают разные гены. Часть генов не работает совсем.

Таким образом, в пресинтетическом периоде роль ядра заключается в хранении и реализации наследственной информации.

Синтетический период (S) — период синтеза ДНК. На каждой из цепей деспирализованных молекул ДНК достраивается комплементарная цепь (происходит репликация ДНК: Д Н К —> Д Н К). Число молекул ДНК в каждой хромосоме удваивается, при этом число хромосом в ядре не изменяется. Каждая хромосома состоит теперь из двух хроматид. Процесс репликации (самоудвоения) молекул ДНК определяет возможность передачи наследственности в процессе последующего деления.

Постсинтетический период (G₂) — период биохимической подготовки к делению. Продолжается синтез белков и накопления энергии. Происходит формирование структур и веществ, непосредственно участвующих в делении, например компонентов нитей ахроматинового веретена. Заканчивается подготовка к делению, которой и завершается интерфаза митотического цикла.

В следующем процессе деления ядра происходит распределение молекул ДНК между дочерними ядрами, т.е. передача наследственной информации.

Продолжительность митотического цикла различна. У одноклеточных эукариот он длится от 0,5 ч до двух-трех суток. У многоклеточных – клетки различных участков разных органов проходят его с разной скоростью: у вики посевной это 15 сут. в главном корне, 18 — в боковом; у бобов — около двух суток. В ходе митотического цикла происходит деление двух типов: митоз и мейоз. Третий тип деления — амитоз — происходит вне его.

1.4.2. Амитоз. Прямое деление интерфазного ядра путем перетяжки без образования хромосом вне митотического цикла. Амитоз встречается в больных или специализированных, обреченных на гибель клетках.

1.4.3. Митоз. Универсальная форма деления ядра, в общих чертах сходная у растений и животных. Митоз характерен для соматических (вегетативных) клеток и обеспечивает увеличение их числа.

Митоз длится 1...24 ч и занимает около 1/25 времени всего митотического цикла

В непрерывном процессе митотического деления различают четыре фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу (рис. 9).

В результате митоза оба дочерних ядра имеют одинаковое количество ДНК и одинаковое число хромосом, такое же, как в материнском,но каждая хромосома состоит из одной хроматиды. Биологический смысл митоза заключается в точном распределении между образующимися клетками материальных носителей наследственности — молекул ДНК, находящихся в хромосомах. Этим обеспечивается наследственное сходство дочерних клеток с исходной материнской.

В процессе митотического деления осуществляется деление не только ядра (кариокинез), но и самой клетки (цитокинез).

Цитокинез — после образования в телофазе двух новых ядер происходит деление клетки и формирование в экваториальной плоскости перегородки — клеточной пластинки (рис. 10).

Клеточная пластинка закладывается в виде диска, растет центробежно по направлению к стенкам материнской клетки. Клеточная пластинка имеет полужидкую консистенцию, состоит из аморфного протопектина и пектатов магния и кальция, ее пронизывают фрагменты гладкого ЭР. Эти канальцы соединяют смежные клетки, формируя основу будущих плазмодесм. Каждый протопласт откладывает на клеточную пластинку свою первичную клеточную стенку.

Цитокинез с помощью клеточной пластинки происходит у всех высших растений и некоторых водорослей. После завершения цитокинеза обе клетки растут, достигают размера материнской и затем могут снова делиться или (одна или обе) переходят к дифференциации (специализации).

1.4.4. Мейоз. Встречается у подавляющего большинства растений, но происходит лишь в небольшом числе клеток (обычно при образовании спор). Сущность мейоза состоит в уменьшении (редукции) числа хромосом вдвое по сравнению с родительской в каждой из образующихся клеток. Мейоз — единый, непрерывный процесс, состоящий из двух последовательных делений, каждое из которых можно разделить на те же, что и в митозе, четыре фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Обоим делениям предшествует одна интерфаза. В синтетическом периоде интерфазы до начала мейоза удваивается количество ДНК и каждая хромосома становится двухроматидной.

Первое мейотическое, или редукционное, деление завершается расхождением к полюсам деления двухроматидных хромосом; происходит редукция — уменьшение числа хромосом, образуются два гаплоидных набора хромосом.

Второе мейотическое деление. Оно следует непосредственно за первым, минуя интерфазу, и проходит по типу митоза. Число хромосом не меняется. В результате из двух гаплоидных ядер возникает четыре, тоже гаплоидных ядра с однохроматидными хромосомами (рис. 11, 12).