"Биология. Биологические системы и процессы (углублённый уровень)", Теремов А.В., Петросова Р.А.
Митоз — деление ядра клетки, при котором наследственная информация распределяется между двумя дочерними клетками. Перед ним в интерфазе клетка растёт, синтезирует вещества и удваивает ДНК, чтобы каждая новая клетка получила полный набор хромосом. Митоз включает профазу, метафазу, анафазу и телофазу, а затем обычно завершается цитокинезом — разделением цитоплазмы. Благодаря этому процессу организм растёт, восстанавливает ткани и сохраняет генетическое постоянство клеток.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Клеточный цикл — последовательность событий от одного деления клетки до следующего. В нём выделяют интерфазу, когда клетка растёт, работает и готовит ДНК, и митоз, когда делится ядро. Это понятие помогает проследить весь путь клетки, а не только момент её деления.
Митоз — способ деления ядра клетки, при котором дочерние клетки получают одинаковый набор хромосом. Он нужен для роста организма, обновления и восстановления тканей. При митозе число хромосом обычно сохраняется.
Сестринские хроматиды — две одинаковые копии хромосомы, появившиеся после удвоения ДНК и соединённые центромерой. До анафазы они считаются частями одной хромосомы. Их точное расхождение обеспечивает одинаковое наследственное содержание дочерних клеток.
Веретено деления — система микротрубочек, которая прикрепляется к хромосомам и перемещает их к полюсам клетки. Благодаря ему хромосомы распределяются не случайно, а в определённом направлении. Сбой в работе веретена может привести к неравному набору хромосом.
Перед митозом в интерфазе удваивается ДНК, потому что исходный материал нужно разделить между двумя будущими клетками. Каждая хромосома после копирования получает две одинаковые сестринские хроматиды. Если бы копирования не произошло, дочерние клетки получили бы только часть наследственной информации и не смогли бы нормально работать.
В начале митоза хроматин спирализуется и превращается в хорошо различимые хромосомы. Ядерная оболочка постепенно исчезает, а в клетке формируется веретено деления. Такая перестройка освобождает хромосомы для перемещения и позволяет нитям веретена прикрепиться к центромерам с разных сторон.
В профазе хромосомы укорачиваются и утолщаются, исчезают ядрышко и ядерная оболочка, начинает работать веретено. В метафазе хромосомы выстраиваются в экваториальной плоскости, а нити веретена удерживают их за центромеры. В анафазе центромеры разделяются, и сестринские хроматиды расходятся к противоположным полюсам. В телофазе вокруг двух наборов хромосом формируются ядерные оболочки, хромосомы деспирализуются, и образуются два ядра.
В анафазе сестринские хроматиды становятся самостоятельными хромосомами, потому что после разделения центромеры каждая из них имеет собственную центромеру. Нити веретена укорачиваются и тянут хромосомы к противоположным полюсам. Затем цитокинез разделяет цитоплазму: у животных образуется перетяжка клеточной мембраны, а у растений из пузырьков формируется клеточная пластинка, из которой возникает новая перегородка. В результате митоза каждая дочерняя клетка получает полный набор хромосом, поэтому число хромосом сохраняется.
Таблицу удобно читать сверху вниз: события идут в порядке подготовки клетки и митотического деления. Особенно следите за изменением состояния генетического материала и отличайте число хромосом от числа хроматид. Последняя строка описывает уже не деление ядра, а разделение всей клетки.
| Стадия | Состояние генетического материала | Основные события | Результат |
|---|---|---|---|
| Интерфаза | ДНК удваивается; хромосомы состоят из двух хроматид | Рост клетки, синтез веществ, подготовка к делению | Клетка готова к митозу |
| Профаза | Хромосомы спирализуются и становятся заметными | Исчезают ядрышко и ядерная оболочка, формируется веретено | Хромосомы доступны для перемещения |
| Метафаза | Двухроматидные хромосомы расположены в экваториальной плоскости | Нити веретена прикреплены к центромерам | Созданы условия для равного расхождения |
| Анафаза | Хроматиды разделяются и становятся однохроматидными хромосомами | Хромосомы расходятся к противоположным полюсам | У каждого полюса формируется одинаковый набор |
| Телофаза | Хромосомы деспирализуются | Формируются два ядра, исчезает веретено | Образуются два дочерних ядра |
| Цитокинез | В каждом отделяемом участке находится полный набор хромосом | Разделяется цитоплазма; у растений возникает клеточная пластинка | Формируются две дочерние клетки |
Хромосомы выстроились в экваториальной плоскости клетки, а к центромерам прикрепились нити веретена деления. Нужно определить стадию митоза по наиболее характерному признаку. Расположение хромосом по экватору означает, что клетка подготовила их к последующему расхождению.
Ответ: метафаза.
Перед началом митоза в клетке было 2n хромосом. Требуется указать число хромосом и хроматид в одной дочерней клетке после завершения деления. Удвоение ДНК перед митозом не означает удвоения числа хромосом, потому что число хромосом определяют по числу центромер.
Ответ: в одной дочерней клетке будет 2n хромосом и 2n хроматид.
По схеме нужно определить, когда нарушилось расхождение хроматид, и объяснить последствия для дочерних клеток. Если хроматиды не разошлись поровну и одна клетка получила лишний материал, а другая — недостаточный, нарушение связано с анафазой. Причиной может быть неправильное прикрепление или работа нитей веретена деления.
Ответ: нарушение произошло в анафазе; следствием стало неравномерное распределение генетического материала.
Ошибка: считать, что после удвоения ДНК число хромосом увеличивается вдвое. Так происходит из-за смешения понятий «хромосома» и «хроматида»: число хромосом считают по центромерам. Проверка проста: до анафазы одна двухроматидная хромосома всё ещё считается одной хромосомой.
Ошибка: называть расхождение сестринских хроматид метафазой. В метафазе хромосомы только выстраиваются по экватору, а их движение к полюсам начинается в анафазе. Проверьте себя по вопросу: хромосомы стоят в центре или уже расходятся?
Ошибка: считать интерфазу стадией покоя клетки. В это время идут рост, синтез веществ и удвоение ДНК, поэтому клетка активно готовится к делению. Если описаны копирование ДНК и подготовка органоидов, речь идёт об интерфазе.
Ошибка: утверждать, что митоз образует клетки с половинным набором хромосом. Митоз сохраняет исходный набор, а уменьшение его вдвое характерно для мейоза. Для проверки сравните обозначения: при исходном 2n после митоза остаётся 2n, а не n.
До изучения митоза нужны представления о строении клетки и ядра, ДНК, хромосомах, диплоидном наборе и клеточном цикле. Без различия хромосомы и хроматиды трудно понять, что именно расходится в анафазе.
С генетикой митоз связан сохранением наследственной информации в соматических клетках. Точное копирование ДНК и равное распределение хромосом поддерживают постоянство признаков клеток организма.
Знания о митозе понадобятся при изучении мейоза, размножения, роста и регенерации тканей. Они также помогают понять опухолевый рост и применение делящихся клеток в биотехнологии.
Почему митозу обязательно предшествует удвоение ДНК?
После удвоения каждая хромосома состоит из двух одинаковых сестринских хроматид. При митозе они расходятся в разные дочерние клетки, поэтому каждая получает полный и одинаковый набор наследственной информации.
Чем хромосома отличается от хроматиды?
Хромосома — это структура, содержащая ДНК и белки; после удвоения она состоит из двух сестринских хроматид. Хроматида становится самостоятельной хромосомой после разделения сестринских копий в анафазе.
На какой стадии митоза хромосомы лучше всего видны?
Лучше всего хромосомы видны в метафазе. В это время они максимально спирализованы и выстроены в экваториальной плоскости клетки.
Почему после митоза дочерние клетки обычно генетически одинаковы?
Перед митозом ДНК копируется, а сестринские хроматиды распределяются поровну между клетками. Поэтому дочерние клетки обычно получают одинаковый набор генов и хромосом, за исключением случайных мутаций.
Чем митоз отличается от мейоза?
Митоз включает одно деление и образует две генетически сходные клетки с сохранённым числом хромосом. Мейоз состоит из двух последовательных делений, уменьшает набор хромосом вдвое и создаёт генетически разнообразные клетки.
§28. Деление клетки. Митоз
