§29. Митоз. Амитоз

Определения и обозначения

Митоз — деление ядра эукариотической клетки, при котором образуются два дочерних ядра с одинаковым числом хромосом. Обычно вслед за ним делится цитоплазма, поэтому появляются две клетки. Митоз нужен, чтобы организм мог расти и заменять изношенные клетки, не меняя набор хромосом в клетках тела.

Амитоз — прямое деление ядра, при котором оно перетягивается и разделяется без типичных этапов митоза. Наследственный материал при этом не обязательно распределяется поровну. Термин помогает отличать такой способ деления от упорядоченного расхождения хромосом, хотя амитоз встречается значительно реже.

Хромосома — структура из молекулы ДНК и связанных с ней белков, в которой хранится наследственная информация. Перед митозом каждая хромосома копируется и состоит из двух сестринских хроматид, соединённых центромерой. Это различие нужно, чтобы не путать количество хромосом с количеством их копий.

Цитокинез — разделение цитоплазмы, завершающее образование дочерних клеток. У животных клетка перетягивается, а у растений между дочерними ядрами формируется клеточная пластинка. Понятие важно потому, что деление ядра и разделение всей клетки — связанные, но не тождественные события.

Как это устроено

До начала митоза клетка находится в интерфазе — периоде между делениями. Важнейшее событие этого периода — удвоение ДНК: каждая хромосома получает точную копию. Копирование необходимо, чтобы обе будущие клетки могли получить полный набор генетической информации, а не только его часть.

В профазе хроматин — рыхло расположенная ДНК с белками — уплотняется и становится заметными хромосомами. Ядерная оболочка разрушается, а в клетке формируется веретено деления из белковых нитей. Уплотнение помогает перемещать длинные молекулы ДНК, не запутывая их, а веретено становится системой, которая разделит копии между полюсами.

В метафазе хромосомы располагаются в средней части клетки, на её экваторе. Нити веретена прикрепляются к области центромеры каждой хромосомы с противоположных сторон. Такое положение позволяет клетке проверить, что копии связаны с обоими полюсами; иначе при расхождении одна из дочерних клеток могла бы не получить нужную хромосому.

В анафазе связи между сестринскими хроматидами разрушаются, и нити веретена перемещают их к разным полюсам. Каждая хроматида после расхождения считается самостоятельной хромосомой. Поэтому к каждому полюсу направляется полный и равный набор, а материнская клетка временно содержит вдвое больше отдельных хромосом, чем до разделения.

В телофазе у двух групп хромосом формируются ядерные оболочки, а сами хромосомы постепенно распускаются. Затем цитокинез разделяет цитоплазму и органоиды между двумя клетками. Так клетка завершает деление: дочерние клетки получают ядра с одинаковым набором хромосом, хотя со временем могут отличаться из-за изменений и влияния среды.

Сравнение митоза и амитоза

Сравнивайте способы деления по механизму, а не только по тому, что в итоге появляются две части ядра. Для митоза характерны упорядоченное движение хромосом и последовательные этапы. Амитоз не следует считать обычным вариантом митоза: при нём нет такого же контроля распределения наследственного материала.

Разбор задач

Условие. В соматической клетке организма 2n = 12 хромосом. Определите, сколько хромосом и молекул ДНК будет в ядре каждой дочерней клетки после митоза. Считайте, что деление прошло нормально и цитокинез завершился. Задача проверяет, умеем ли мы различать число хромосом и число молекул ДНК.

Решение. Рассуждаем последовательно, учитывая, что исходные 12 хромосом относятся к клетке до удвоения ДНК. Перед митозом каждая хромосома копируется, но две её хроматиды соединены одной центромерой и потому считаются одной хромосомой. Во время анафазы копии расходятся к разным полюсам, а после цитокинеза каждая дочерняя клетка получает один из равных наборов.

1. Записываем исходное число: 2n = 12, значит, в дочерней клетке должно быть 12 хромосом.
2. Учитываем удвоение ДНК перед митозом: у каждой из 12 хромосом образовались две хроматиды, то есть до расхождения в клетке было 24 молекулы ДНК.
3. При расхождении хроматид каждый полюс получает по одной копии каждой исходной хромосомы.
4. После завершения деления в каждой дочерней клетке 12 хромосом, каждая из одной хроматиды, и 12 молекул ДНК.

Ответ: в ядре каждой дочерней клетки будет 12 хромосом и 12 молекул ДНК. Число хромосом сохраняется, а количество ДНК сначала удваивается, затем распределяется между двумя клетками. Если бы спрашивали о состоянии клетки в метафазе, ответ о количестве ДНК был бы другим: тогда в ней находилось бы 24 молекулы ДНК.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что после удвоения ДНК число хромосом сразу удвоилось. Её допускают, потому что каждая хромосома становится похожа на две соединённые копии. Проверьте себя: до расхождения хроматид центромера одна, значит, это одна хромосома, хотя молекул ДНК две.

Ошибка: называть хроматиды отдельными хромосомами до анафазы. Причина — слова «копия» и «хромосома» кажутся взаимозаменяемыми. Чтобы проверить ответ, выясните, разошлись ли хроматиды: после разделения центромер каждая из них считается самостоятельной хромосомой.

Ошибка: смешивать митоз с цитокинезом. При митозе делится ядро, а цитокинез разделяет цитоплазму; они обычно идут последовательно, но обозначают разные процессы. Проверьте себя вопросом: речь идёт о распределении хромосом между ядрами или о физическом разделении клетки?

Ошибка: считать амитоз полностью равнозначным митозу. В обоих случаях ядро делится, поэтому способы могут показаться одинаковыми. Сверьте наличие этапов, веретена и упорядоченного расхождения хромосом: их характерная совокупность относится к митозу.

Связь с другими темами

Митоз связан с темой клеточного цикла: перед делением клетка растёт, удваивает ДНК и проверяет готовность к следующему этапу. Понимание строения хромосомы помогает объяснить, как одна молекула ДНК копируется и распределяется между клетками. От митоза следует отличать мейоз — деление, при котором формируются половые клетки с уменьшенным набором хромосом. Вместе эти процессы объясняют рост организма, сохранение наследственной информации и передачу её потомству.

Что запомнить

• Митоз образует две дочерние клетки с таким же числом хромосом, что было у материнской клетки.
• Перед митозом ДНК удваивается, а число хромосом считают по центромерам.
• Этапы митоза: профаза, метафаза, анафаза, телофаза; после деления ядра обычно следует цитокинез.
• Амитоз — прямое деление ядра без типичных этапов и упорядоченного распределения хромосом, поэтому наследственный материал может распределиться неравномерно.
• При решении задач отдельно считайте хромосомы и молекулы ДНК и уточняйте, на каком этапе находится клетка.