"Биология. Биологические системы и процессы (профильный уровень) ", Теремов А.В., Петросова Р.А.
Деление клетки обеспечивает рост организма, развитие и замену изношенных клеток. Перед делением клетка копирует ДНК, а при митозе распределяет её между двумя будущими ядрами. Поэтому дочерние клетки обычно получают такой же набор хромосом, как исходная клетка. Чтобы разобраться в процессе, нужно различать хромосомы и хроматиды, знать порядок стадий митоза и понимать, чем деление ядра отличается от разделения всей клетки.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Деление клетки — процесс, при котором клетка распределяет наследственный материал и образует дочерние клетки. Оно позволяет многоклеточному организму расти, развиваться и заменять повреждённые или изношенные клетки. Если наследственный материал распределить неправильно, дочерние клетки могут получить неполный или лишний набор генов. Поэтому деление связано не только с увеличением числа клеток, но и с точной передачей информации.
Клеточный цикл — период жизни клетки от её образования до следующего деления или гибели. Он включает интерфазу, когда клетка растёт и готовится к делению, и само деление. Цикл помогает понять, что митоз не начинается сразу после появления клетки: сначала ей нужно накопить вещества и скопировать ДНК. Продолжительность отдельных частей цикла зависит от типа клетки и условий.
Митоз — способ деления ядра эукариотической клетки, при котором из одного ядра образуются два генетически сходных ядра с тем же числом хромосом. Эукариотическими называют клетки, у которых есть оформленное ядро. Митоз нужен, чтобы распределить копии наследственного материала между будущими дочерними клетками. После него обычно формируются две клетки с одинаковым набором хромосом.
Веретено деления — система микротрубочек, которая связывается с хромосомами и обеспечивает их расхождение к полюсам клетки. Полюса — противоположные участки клетки, между которыми перемещаются хромосомы. Нити веретена направляют разделившиеся хроматиды в разные стороны. Благодаря этому каждый будущий набор получает нужную копию каждой хромосомы.
До митоза клетка проходит интерфазу. Она растёт, удваивает ДНК и увеличивает число некоторых органоидов, чтобы после разделения обе дочерние клетки могли работать. Копирование ДНК необходимо потому, что каждой клетке требуется полный наследственный материал. Если бы ДНК не удвоилась заранее, две клетки делили бы один набор между собой и каждая получила бы лишь его часть.
После удвоения ДНК каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид — одинаковых копий, соединённых в области центромеры. Хромосомы считают по центромерам, поэтому до их разделения число хромосом остаётся прежним. При этом количество ДНК и число хроматид становятся вдвое больше. Различение этих показателей помогает не спутать копирование наследственного материала с увеличением числа хромосом.
В профазе хромосомы спирализуются: становятся плотными и заметными, что облегчает их перемещение и уменьшает риск спутывания. Ядрышко исчезает, а ядерная оболочка разрушается, открывая хромосомам путь к веретену деления. Одновременно формируется само веретено. Эти изменения подготавливают упорядоченное перемещение хромосом внутри клетки.
В метафазе хромосомы располагаются в экваториальной плоскости — посередине клетки, на одинаковом расстоянии от полюсов. Нити веретена прикрепляются к хромосомам в области центромер. Такое положение позволяет направить каждую сестринскую хроматиду к противоположному полюсу. Если хромосомы не выстроятся правильно, их копии могут распределиться неравномерно.
В анафазе центромеры разделяются, и сестринские хроматиды расходятся к противоположным полюсам; теперь каждую хроматиду считают самостоятельной хромосомой. Веретено помогает перемещать их в разные стороны, чтобы у каждого полюса оказался полный набор. В телофазе вокруг двух наборов хромосом формируются новые ядерные оболочки, а хромосомы постепенно становятся менее плотными. Затем цитокинез разделяет цитоплазму и завершает образование двух отдельных клеток.
| Стадия | Состояние хромосом | Состояние ядра | Роль веретена деления | Результат этапа |
|---|---|---|---|---|
| Профаза | Спирализуются, становятся заметными; каждая состоит из двух хроматид | Ядрышко исчезает, ядерная оболочка разрушается | Формируется и подготавливает перемещение хромосом | Хромосомы подготовлены к распределению |
| Метафаза | Выстроены в экваториальной плоскости | Ядерной оболочки нет | Нити прикреплены к хромосомам и ориентируют их | Созданы условия для равного расхождения хроматид |
| Анафаза | Сестринские хроматиды расходятся и становятся хромосомами | Ядерной оболочки нет | Перемещает хромосомы к противоположным полюсам | У каждого полюса формируется набор хромосом |
| Телофаза | Хромосомы достигают полюсов и деспирализуются | Вокруг каждого набора формируется ядро | Завершает перемещение и постепенно разбирается | Образуются два ядра |
| Цитокинез | В дочерних клетках сохраняются полученные наборы | Два ядра уже сформированы | В распределении цитоплазмы прямой роли не играет | Цитоплазма разделена, образованы две клетки |
Пользуйся таблицей как последовательностью событий: сначала клетка подготавливает и выстраивает хромосомы, затем разделяет их, а в конце формирует ядра и клетки. Чтобы определить стадию на препарате, сопоставь видимое положение хромосом с колонкой «Состояние хромосом». Не смешивай телофазу, когда формируются ядра, с цитокинезом, когда разделяется цитоплазма.
Задача 1. В исходной клетке 2n = 12. Определите число хромосом в каждом дочернем ядре после митоза. Здесь 2n обозначает диплоидный набор, а число 12 — количество хромосом в исходной клетке. Нужно выяснить, изменяется ли набор хромосом при митозе.
Ответ: 12 хромосом в каждом дочернем ядре. Число дочерних ядер увеличилось, но набор хромосом в каждом не стал вдвое меньше. Это правило относится к митозу, а не к мейозу.
Задача 2. Клетка с 2n = 8 завершила удвоение ДНК. Укажите число хромосом и хроматид в ней перед началом митоза. Сначала разделяем два показателя: число хромосом считают по центромерам, а число хроматид показывает, сколько копий хромосомного материала имеется. После удвоения ДНК каждая хромосома состоит из двух соединённых хроматид.
Ответ: 8 хромосом и 16 хроматид. Проверка: центромеры ещё не разделились, следовательно, число хромосом остаётся равным восьми. Две хроматиды одной хромосомы не следует считать двумя хромосомами.
Задача 3. На препарате видны хромосомы, выстроенные по экватору клетки; центромеры ещё не разделились. Определите стадию и объясните, какое событие последует дальше. Ключ к решению — расположение хромосом: они собраны посередине клетки, а не у полюсов. Дополнительный признак — сестринские хроматиды ещё соединены.
Ответ: это метафаза; следующим событием будет расхождение сестринских хроматид в анафазе. Если бы хромосомы уже двигались к полюсам, это указывало бы на анафазу. Таким образом, для распознавания стадии важно смотреть не только на наличие хромосом, но и на их положение.
Ошибка: считать, что удвоение ДНК удваивает число хромосом. Такое происходит из-за смешения числа копий ДНК с числом хромосом. Проверь себя: пока центромеры не разделились, каждая пара сестринских хроматид считается одной хромосомой. Поэтому после удвоения число хромосом прежнее, а хроматид вдвое больше.
Ошибка: называть сестринские хроматиды самостоятельными хромосомами ещё до их расхождения. Их две, поэтому легко принять каждую за отдельную хромосому, но до анафазы они соединены общей центромерой. Проверь себя, подсчитав центромеры, а не отдельные хроматиды. После разделения центромер каждая хроматида становится самостоятельной хромосомой.
Ошибка: путать митоз с цитокинезом. Названия относятся к соседним этапам деления, поэтому их иногда используют как синонимы. Проверь себя вопросом: что именно разделяется? При митозе делится ядро и распределяются хромосомы, при цитокинезе разделяется цитоплазма и образуются отдельные клетки.
Ошибка: считать, что митоз всегда образует две одинаковые по размеру клетки. Обычно дочерние клетки получают сходный наследственный материал, но цитоплазма может распределиться не строго поровну. Это зависит от особенностей клетки и процесса. Проверь себя: одинаковый набор хромосом не означает обязательного равенства размеров и количества цитоплазмы.
Для понимания митоза нужны знания о строении хромосомы, ДНК и генах: они помогают разобраться, что именно копируется и распределяется. Понятие диплоидного набора позволяет сравнивать число хромосом до и после деления, а клеточный цикл показывает место митоза в жизни клетки. Митоз обеспечивает рост и обновление тканей многоклеточных организмов, а также лежит в основе бесполого размножения. Сравнение с мейозом помогает увидеть разницу: митоз сохраняет число хромосом, а мейоз его уменьшает.
Почему перед митозом ДНК удваивается, а число хромосом не меняется?
При удвоении каждая хромосома получает вторую копию — сестринскую хроматиду. Они соединены одной центромерой, поэтому до разделения центромеры считаются одной хромосомой. Число хромосом увеличится только тогда, когда хроматиды разойдутся в анафазе.
Чем хромосома отличается от хроматиды?
Хромосома — единица наследственного материала, число которой подсчитывают по центромерам. После удвоения ДНК она состоит из двух сестринских хроматид — копий, соединённых в области центромеры. После их расхождения каждая хроматида становится самостоятельной хромосомой.
Как по расположению хромосом определить стадию митоза?
Если хромосомы выстроились в экваториальной плоскости клетки, это метафаза. Если они уже движутся к противоположным полюсам, наступила анафаза. В телофазе у полюсов формируются новые ядра.
В какой момент сестринские хроматиды становятся самостоятельными хромосомами?
Это происходит в анафазе, когда центромеры разделяются и сестринские хроматиды расходятся к противоположным полюсам. С этого момента каждую из них считают отдельной хромосомой.
Чем митоз отличается от цитокинеза?
Митоз — деление ядра и распределение хромосом между двумя наборами. Цитокинез — разделение цитоплазмы, после которого образуются отдельные дочерние клетки. Обычно цитокинез следует за митозом или завершается одновременно с ним.
§28. Деление клетки. Митоз
