Деление клеток. Схема последовательных стадий митоза

Деление клеток. Биологическая способность к самовоспроизводству — одно из уникальных свойств живой материи. Этот короткий период занимает 10 % жизненного времени клетки, но является самым ярким моментом в ее жизни. Он обеспечивает появление новых молодых клеток, способных заменить в тканях и органах старые, больные и погибшие клетки. Передача в дочерние клетки генетической информации обеспечивается особыми генсодержащими структурами — хромосомами.

Хромосомы в делящихся клетках представляют собой компактные хроматиновые тела, напоминающие клюшки для гольфа с двумя неравными частями (плечами), соединенными тонкой первичной перетяжкой (центромерой, или кинетохором) для прикрепления к нитям веретена деления (рис. 2.14). Многочисленные нити молекул ДНК (хромонемы), погруженные в своеобразный органно-минеральный матрикс, содержат генетический код.

Рис. 2.14. Внешний вид и схема внутреннего строения хромосомы: 1 — пелликула; 2 — хроматида; 3 — центр организации ядрышка (вторичная перетяжка); 4 — матрикс; 5 — центромера (первичная перетяжка); 6— двойная спираль ДНК; 7 — спутник

В процессе подготовки к делению клетки хромосомы удваиваются (хроматиды) за счет редублицикации (удвоения) входящей в них молекулы ДНК. Установлено, что для каждого вида животных форма и число хромосом строго специфичны (кариотип). Например, у лошади и коровы 60 хромосом, у свиньи 40, у человека 46. У млекопитающих все хромосомы разделены на одинаковые по виду пары (гомологичные хромосомы), кроме двух (половых) хромосом, имеющих разный вид и обозначаемых как X и Y.

Существует три способа деления клеток:
1) прямое деление (амитоз), при котором клетка просто и быстро делится путем перетяжки ядрышка, ядра и цитоплазмы, но без гарантии равномерного распределения генетического материала между дочерними клетками (так делятся одноклеточные организмы, а также клетки поврежденных тканей);

2) непрямое деление (митоз);
3) редукционное деление (мейоз), характерное только для половых клеток (яйцеклетки и сперматозоида); в результате редукционного деления на раннем этапе жизненного цикла половых клеток число их хромосом уменьшается вдвое.

Митоз, или кариокинез (karyon — ядро, kinesis — движение), является достаточно сложным универсальным механизмом деления, благодаря которому родительская клетка способна поровну распределить генетический материал между дочерними клетками.

Он состоит из четырех фаз: профазы, метафазы, анафазы и телофазы (рис. 2.15). Наиболее заметные трансформации при митозе протекают в ядре. В течение профазы (наиболее длинной фазы митоза) проявляются хромосомы, ядро постепенно теряет оболочку и ядрышко, а карно- и цитоплазма объединяются в миксоплазму, в которой между центриолями протягиваются нити веретена.

Рис. 2.15. Схема последовательных стадий митоза. Профаза: 1 — формирование хромосом в ядре делящейся клетки (стадия плотного клубка) и начало расхождения удвоенных центриолей с образованием микротрубочек веретена деления; 2 — активная спирализация хромосом (стадия рыхлого клубка) и завершение формирования веретена деления; 3 — разрушение ядерной оболочки и прикрепление хромомеров хромосом к нитям веретена деления в гиалоплазме. Метафаза.

4 — раздвоение хромосом на хромонемы и расположение их в виде экваториальной пластинки. Анафаза. 5 — расхождение хромонем (дочерних хромосом) к полюсам делящейся клетки. Телофаза: 6 — рыхлые клубки дочерних хромосом, вокруг которых формируется ядерная оболочка; 7 — разделение цитоплазмы материнской клетки между двумя дочерними клетками

В метафазе разбросанные по всей клетке хромосомы подтягиваются нитями веретена в центральную зону миксоплазмы и выстраиваются в виде тонкой экваториальной пластинки (материнской звезды), при этом каждая разделяется на две хромонемы (дочерние хромосомы). Анафаза — самая короткая, но наиболее зрелищная фаза митоза, в течение которой дочерние хромосомы активно перемещаются к полюсам клетки и формируют там тонкие пластинки, или дочерние звезды.

Этот процесс сопровождается заметным волнообразным движением миксоплазмы. В течение телофазы на каждом полюсе делящейся клетки дочерние хромосомы преобразуются в хроматиновые нити, восстанавливаются ядерные оболочки и ядрышки и образуются дочерние ядра, растворяются короткие нити веретена и по центру клетки воздвигается перегородка, которая обеспечивает быстрое и полное разделение цитоплазмы (цитокинез) материнской клетки на две дочерние.