3.4. Деление клетки. Митоз

Определения и обозначения

Митоз — способ деления ядра, при котором из одной клетки образуются два ядра с одинаковым набором хромосом. Это не то же самое, что разделение всей клетки: за распределение цитоплазмы отвечает отдельный процесс. Благодаря митозу новые ядра получают копии наследственной информации. Обычно число хромосом в них такое же, как в исходном ядре.

Клеточный цикл — период существования клетки от её образования до следующего деления или гибели. В нём выделяют интерфазу и деление клетки. Интерфаза занимает время между делениями, а во время деления распределяется наследственный материал и формируются дочерние клетки. Это понятие помогает увидеть митоз как часть жизненного цикла, а не как отдельное событие.

Кариокинез — деление ядра клетки. При митозе он включает последовательные изменения хромосом, ядерной оболочки и других структур клетки. Эти изменения происходят не одновременно: сначала хромосомы подготавливаются к распределению, затем расходятся, после чего образуются новые ядра. Понимание кариокинеза помогает различать само деление ядра и последующее разделение клетки.

Цитокинез — разделение цитоплазмы и органоидов между дочерними клетками после деления ядра. В результате из одной клетки обычно образуются две самостоятельные клетки. Цитокинез завершает разделение, но не является стадией митоза. Это различие важно, чтобы не смешивать распределение хромосом и разделение остального содержимого клетки.

Как это устроено

Перед митозом клетка проходит интерфазу: растёт, удваивает ДНК и готовится к делению. Удвоение нужно, чтобы обе будущие клетки получили полный набор наследственной информации. Поэтому к началу митоза каждая хромосома состоит из двух одинаковых сестринских хроматид, соединённых между собой. Если бы копия ДНК не была создана заранее, равномерно распределить её между дочерними ядрами было бы невозможно.

В профазе хромосомы спирализуются — становятся компактными и заметными. Такое уплотнение помогает перемещать ДНК, не запутывая длинные молекулы. Ядерная оболочка разрушается, а между полюсами клетки формируется веретено деления — система нитей, которая участвует в перемещении хромосом. Эти изменения подготавливают клетку к точному распределению наследственного материала.

В метафазе хромосомы располагаются в экваториальной плоскости клетки, то есть примерно на одинаковом расстоянии от её полюсов. Такое расположение упорядочивает хромосомы перед их разделением. Нити веретена деления связываются с хромосомами и помогают направить их копии в разные стороны. Благодаря выстраиванию по экватору распределение между будущими ядрами происходит упорядоченно.

В анафазе сестринские хроматиды отделяются друг от друга и перемещаются к противоположным полюсам. Нити веретена деления помогают этому перемещению. С момента разделения каждая хроматида считается самостоятельной хромосомой. Так к каждому полюсу направляется одинаковый набор хромосом, который станет основой нового ядра.

В телофазе у групп хромосом на полюсах формируются два ядра, а хромосомы постепенно теряют компактность. Затем цитокинез разделяет цитоплазму и органоиды, завершая образование дочерних клеток. В результате обе клетки обычно получают одинаковый набор хромосом, совпадающий с набором материнской клетки. Согласованность стадий нужна, чтобы наследственная информация не потерялась и не распределилась случайным образом.

Стадии митоза и происходящие в них изменения

Чтобы пользоваться таблицей, проследите, что происходит с хромосомами: сначала они уплотняются, затем выстраиваются по экватору, расходятся и оказываются у полюсов. Одновременно меняются ядро и веретено деления. Такая последовательность помогает определить стадию по изображению или описанию.

Разбор задач

Задача 1. Расположите стадии митоза в правильной последовательности: анафаза, профаза, телофаза, метафаза. Нужно восстановить ход деления по изменениям хромосом. Вспомните, что сначала они подготавливаются к перемещению, а разделение происходит позже.

1. В профазе хромосомы спирализуются и становятся заметными.
2. В метафазе они выстраиваются в экваториальной плоскости клетки.
3. В анафазе сестринские хроматиды расходятся к противоположным полюсам.
4. В телофазе у полюсов формируются два ядра.

Ответ: профаза, метафаза, анафаза, телофаза. Проверка проста: выстраивание хромосом должно предшествовать их расхождению. Новые ядра появляются после того, как хромосомы достигли полюсов.

Задача 2. В клетке перед митозом было 12 хромосом. Сколько хромосом будет в каждом дочернем ядре после митоза? Здесь важно не принять удвоение ДНК за удвоение числа хромосом в дочерних ядрах. При митозе число хромосом обычно сохраняется.

1. Перед митозом в клетке 12 хромосом, каждая состоит из двух хроматид.
2. Во время анафазы хроматиды расходятся и становятся самостоятельными хромосомами.
3. Одинаковый набор распределяется к двум полюсам, где формируются дочерние ядра.

Ответ: в каждом дочернем ядре будет по 12 хромосом. Удвоение ДНК перед митозом даёт материал для распределения, но не приводит к тому, что каждое новое ядро получает вдвое больше хромосом. Число хромосом сохраняется в каждом дочернем ядре.

Задача 3. На препарате видны хромосомы, расположенные в экваториальной плоскости клетки. Определите стадию и объясните, какое событие произойдёт следующим. Расположение по экватору — характерный признак одной из стадий митоза. Для ответа проследите, что следует за выстраиванием хромосом.

1. Сопоставьте наблюдаемое расположение с признаками стадий: по экватору хромосомы выстраиваются в метафазе.
2. После метафазы начинается анафаза.
3. В анафазе сестринские хроматиды отделяются и направляются к противоположным полюсам.

Ответ: клетка находится в метафазе. Следующим этапом станет анафаза, когда сестринские хроматиды разойдутся к полюсам. Каждая отделившаяся хроматида будет считаться самостоятельной хромосомой.

Типичные ошибки

Считать, что удвоение ДНК происходит во время митоза. Оно происходит в интерфазе, до деления ядра. Ошибку допускают, потому что удвоение ДНК и митоз связаны в одном клеточном цикле. Проверьте себя: к началу профазы каждая хромосома уже состоит из двух хроматид.

Путать хромосому с хроматидой. После расхождения сестринская хроматида становится самостоятельной хромосомой, поэтому число хромосом в клетке на короткое время меняется. Путаница возникает из-за того, что до разделения две хроматиды вместе образуют одну хромосому. Чтобы проверить рассуждение, уточните, разделены ли хроматиды центромерой и расходятся ли они к полюсам.

Смешивать митоз и цитокинез. Митоз — деление ядра, а цитокинез — разделение цитоплазмы и органоидов. Их объединяют, потому что обычно они следуют один за другим в рамках деления клетки. Проверьте себя вопросом: речь идёт о распределении хромосом между ядрами или о разделении самой клетки?

Считать, что митоз уменьшает число хромосом вдвое. Обычно митоз сохраняет исходный набор в каждом дочернем ядре, а уменьшение числа хромосом характерно для мейоза. Эту ошибку вызывают смешение двух видов деления и неверное понимание удвоения ДНК. Сравните число хромосом до митоза и в каждом дочернем ядре: при обычном митозе оно одинаково.

Связь с другими темами

Для понимания митоза нужно знать строение хромосомы и роль ДНК как носителя наследственной информации. Особенно важно различать однохроматидную и двухроматидную хромосому: перед митозом ДНК уже удвоена, но сестринские хроматиды ещё соединены. Митоз объясняет, как организм увеличивает число клеток при росте и обновляет ткани. Он также служит основой для сравнения с мейозом, при котором число хромосом уменьшается вдвое.

Что запомнить

• Перед митозом ДНК удваивается в интерфазе.
• Митоз состоит из профазы, метафазы, анафазы и телофазы.
• В метафазе хромосомы выстраиваются в экваториальной плоскости.
• В анафазе сестринские хроматиды расходятся к полюсам.
• Митоз обеспечивает образование генетически сходных дочерних ядер.
• Цитокинез завершает разделение клетки.