§ 9. Деление клеток

Определения и обозначения

Клеточный цикл — период жизни клетки от её образования до следующего деления или прекращения делений. В него входят рост клетки, удвоение ДНК и само деление; после этого дочерние клетки начинают собственные циклы. Понимание этапов помогает выяснить, когда клетка готовится к передаче наследственной информации.

Хромосома — структура из ДНК и белков, в которой хранится наследственная информация. Обычно ДНК в ядре расположена рыхло, поэтому отдельные хромосомы трудно различить. Перед делением они уплотняются и становятся заметными: так их легче распределить между новыми клетками.

Митоз — деление ядра, при котором наследственный материал распределяется между двумя дочерними клетками. В результате каждая обычно получает такой же набор хромосом, как исходная клетка. Это позволяет организму увеличивать число клеток, не теряя важную наследственную информацию.

Мейоз — особый тип деления, при котором число наборов хромосом уменьшается вдвое. Обычно из одной исходной клетки образуются четыре клетки для полового размножения. Уменьшение набора необходимо, чтобы при слиянии половых клеток число хромосом вида не удваивалось в каждом поколении.

Как это устроено

Перед делением клетка растёт и удваивает ДНК. Рост обеспечивает клетку веществами и энергией для предстоящей работы, а копирование ДНК создаёт запас наследственной информации для двух новых клеток. Если бы ДНК не удвоилась, при распределении каждая дочерняя клетка получила бы только часть инструкций.

При митозе удвоенные хромосомы выстраиваются в средней части клетки, а затем их копии расходятся к противоположным полюсам. Такое упорядоченное движение нужно, чтобы наследственный материал не распределился случайно или неравномерно. Поэтому обе будущие клетки обычно получают одинаковые наборы хромосом.

После разделения ядра обычно разделяется цитоплазма — внутреннее содержимое клетки. Это отдельный процесс: сначала наследственный материал оказывается в двух ядрах, затем клеточная мембрана разделяет содержимое на две части. Так из одной клетки возникают две дочерние, которые продолжают жить и могут расти.

Мейоз состоит из двух последовательных делений, которым предшествует только одно удвоение ДНК. Во время первого деления число наборов хромосом уменьшается вдвое, а во время второго расходятся копии хромосом. Поэтому из одной исходной клетки обычно получаются четыре клетки, каждая с половинным набором.

Митоз обеспечивает рост организма, замену старых клеток и восстановление тканей после повреждения. Мейоз нужен для образования половых клеток с половинным набором хромосом. Когда две половые клетки сливаются при оплодотворении, полный набор восстанавливается, и постоянное для вида число хромосом сохраняется.

Сравнение митоза и мейоза

Сначала сравните число делений и клеток: по этим признакам легко различить процессы. Затем проверьте, сохраняется ли число хромосом или уменьшается вдвое. Последняя строка связывает особенности деления с его задачей в организме.

Разбор задач

Задача 1

В клетке перед делением было 12 хромосом. Нужно узнать, сколько хромосом получит каждая дочерняя клетка после митоза. Не следует принимать удвоение ДНК за увеличение числа хромосом в результате деления.

1. Определяем тип деления: в условии указан митоз.
2. При митозе число хромосом в дочерних клетках сохраняется, поэтому каждой достанется столько же, сколько было у исходной.

Ответ: каждая дочерняя клетка получит 12 хромосом. Копии ДНК нужны, чтобы распределить наследственный материал между клетками. Но в результате каждая получает полный исходный набор, а не удвоенное число хромосом.

Задача 2

Исходная клетка с 18 хромосомами прошла мейоз. Требуется определить число образовавшихся клеток и число хромосом в каждой. Здесь нужно учесть оба результата мейоза: число клеток увеличивается, а набор хромосом уменьшается.

1. Мейоз включает два деления после одного удвоения ДНК, поэтому обычно образуются четыре клетки.
2. Число хромосом в каждой из них вдвое меньше исходного: 18 : 2 = 9.

Ответ: обычно образуются четыре клетки, по 9 хромосом в каждой. Деление числа хромосом на два связано с образованием клеток с половинным набором. Удвоение ДНК перед мейозом не отменяет этого результата.

Задача 3

В клетках тела организма одного вида 30 хромосом. Нужно определить число хромосом в половых клетках и после слияния двух таких клеток. Сначала находим половинный набор, а затем учитываем, что при оплодотворении наборы объединяются.

1. Половые клетки получают половину числа хромосом клеток тела: 30 : 2 = 15.
2. При слиянии двух половых клеток их наборы складываются: 15 + 15 = 30.

Ответ: в каждой половой клетке 15 хромосом, после их слияния — 30. Это показывает, почему мейоз важен для полового размножения. Если бы половые клетки сохраняли полный набор, число хромосом после оплодотворения увеличивалось бы.

Типичные ошибки

• Ошибка — считать, что после удвоения ДНК сразу удваивается число хромосом. Так думают, потому что путают копии наследственного материала с отдельными хромосомами. Проверка: помните, что хромосомы считают по центромерам, а удвоенная хромосома до разделения состоит из двух копий.

• Ошибка — путать результаты митоза и мейоза. Оба процесса связаны с делением клетки, поэтому их легко смешать, если не следить за числом наборов. Проверка: при митозе число хромосом сохраняется, а при мейозе уменьшается вдвое.

• Ошибка — считать, что перед мейозом ДНК удваивается дважды. Два деления могут создать такое впечатление, но копирование происходит только перед первым из них. Проверка: отделяйте число делений от числа удвоений ДНК.

• Ошибка — считать разделение ядра и цитоплазмы одним и тем же событием. Это связано с тем, что оба процесса входят в деление клетки и обычно происходят рядом по времени. Проверка: сначала проследите за распределением наследственного материала в ядре, а затем — за разделением содержимого клетки.

Связь с другими темами

Чтобы разобраться в делении, нужно знать, что ДНК хранит наследственную информацию, а хромосомы содержат ДНК. Также важно различать клетки тела и половые клетки, а полный набор — и половинный. Эти понятия объясняют, почему мейоз меняет число хромосом, а оплодотворение восстанавливает его. Знание деления клеток пригодится при изучении наследственности, размножения, роста и развития организмов.

Что запомнить

• Перед делением клетки ДНК удваивается.
• При митозе из одной клетки образуются две с тем же числом хромосом.
• При мейозе происходят два деления после одного удвоения ДНК.
• Мейоз обычно приводит к образованию четырёх клеток с половинным набором хромосом.
• Митоз важен для роста и обновления тканей.
• Мейоз обеспечивает образование половых клеток и постоянство числа хромосом вида.