§ 7. Деление клетки — основа размножения, роста и развития организма

Определения и обозначения

Клеточный цикл — период существования клетки от её образования до следующего деления или гибели. Он включает интерфазу и этап деления. Такое понятие помогает описывать, как клетка растёт, готовится к делению и распределяет наследственную информацию.

Интерфаза — этап клеточного цикла между делениями, когда клетка растёт и удваивает ДНК. В это время она также выполняет обычные для неё функции и подготавливает необходимые вещества. Интерфаза нужна, чтобы к делению клетка подошла подготовленной, а будущие дочерние клетки получили наследственный материал.

Митоз — деление ядра, при котором хромосомы распределяются между двумя дочерними ядрами. Он состоит из четырёх фаз: профазы, метафазы, анафазы и телофазы. Понимание этого процесса помогает проследить, как из одной клетки образуются две с одинаковым набором хромосом.

Хроматида — одна из двух одинаковых частей удвоенной хромосомы, соединённых в области центромеры. Эти части называют сестринскими хроматидами, потому что они образовались при копировании одной молекулы ДНК. Во время митоза они расходятся и оказываются в разных дочерних клетках.

Как это устроено

Перед делением клетка проходит интерфазу: растёт, выполняет свои функции и удваивает ДНК. Копирование нужно потому, что одна исходная клетка должна передать наследственную информацию двум новым клеткам. Если бы ДНК не удвоилась, после разделения ядра каждой дочерней клетке досталась бы лишь часть необходимого материала. Поэтому подготовка к митозу обеспечивает будущим клеткам полный набор ДНК.

После удвоения ДНК хромосома состоит из двух сестринских хроматид, соединённых центромерой. При этом число хромосом сразу не становится вдвое больше: пока части соединены, они считаются одной хромосомой. Удваивается количество ДНК, а не число отдельных хромосом. Такое различие важно, чтобы правильно описывать состояние клетки до расхождения хроматид.

В профазе хромосомы становятся заметными, потому что уплотняются и приобретают компактную форму. В метафазе они располагаются в центре клетки. Такое положение помогает подготовить их разделение так, чтобы копии наследственного материала могли разойтись в противоположные стороны. Далее наступает анафаза: сестринские хроматиды отделяются друг от друга и движутся к полюсам клетки.

В телофазе у каждого полюса оказываются хромосомы, из которых формируются два дочерних ядра. Так завершается распределение наследственного материала между ядрами. Порядок фаз важен: сначала хромосомы становятся заметными, затем выстраиваются, после этого расходятся и, наконец, входят в состав новых ядер. Это позволяет проследить весь ход митоза.

После разделения ядра обычно делится цитоплазма — внутреннее содержимое клетки вне ядра. В результате возникают две дочерние клетки, каждая с таким же набором хромосом, как у исходной. Это происходит потому, что удвоенные копии ДНК были распределены поровну. Митоз увеличивает число клеток при росте организма, помогает заменять старые или повреждённые клетки и лежит в основе бесполого размножения некоторых организмов.

Этапы клеточного цикла и митоза

Чтобы определить, какой этап описан, сопоставь событие в клетке с тем, что происходит с хромосомами. Особенно удобно проверять последовательность: заметные хромосомы, выстраивание в центре, расхождение к полюсам, образование ядер. Разделение цитоплазмы следует после митоза и не является его фазой.

Разбор задач

Задача 1. В ткани организма образовались две новые клетки. Определите, какой тип деления мог привести к этому и какое значение такое деление имеет для роста. Нужно связать появление двух клеток с делением ядра и затем с изменением числа клеток в ткани.

1. Установим, какой процесс распределяет хромосомы исходной клетки между двумя дочерними ядрами. Это митоз.
2. Учтём, что после митоза обычно разделяется цитоплазма. Так из одной клетки образуются две дочерние.
3. Свяжем результат с ростом: число клеток в ткани увеличивается, если новые клетки сохраняются и продолжают существовать.

Ответ. Новые клетки могли образоваться в результате митоза с последующим разделением цитоплазмы. Увеличение числа клеток способствует росту организма.

Задача 2. В клетке перед делением обнаружили удвоенную ДНК. Изменилось ли число хромосом и зачем нужно удвоение? Сначала различим количество ДНК и число хромосом, затем определим пользу копирования наследственного материала.

1. После копирования ДНК каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид, соединённых центромерой.
2. До расхождения хроматид такую структуру считают одной хромосомой. Значит, количество ДНК увеличилось, но число хромосом не удвоилось.
3. Удвоение нужно, чтобы после митоза обе дочерние клетки получили копии наследственного материала.

Ответ. Число хромосом сразу не удвоилось, хотя ДНК стало вдвое больше. Копирование позволяет равномерно распределить наследственную информацию между двумя клетками.

Задача 3. Расположите события в правильном порядке: расхождение хроматид к полюсам, выстраивание хромосом в центре клетки, образование двух ядер, спирализация хромосом. Для решения нужно соотнести каждое событие с фазой митоза, а затем выстроить фазы по ходу деления.

1. Спирализация, или уплотнение, хромосом происходит в профазе — это начало митоза.
2. Выстраивание хромосом в центре клетки соответствует метафазе.
3. Расхождение хроматид к полюсам происходит в анафазе, после выстраивания.
4. Образование двух ядер происходит в телофазе, когда хромосомы уже оказались у полюсов.

Ответ. Правильная последовательность: спирализация хромосом — профаза; выстраивание в центре — метафаза; расхождение хроматид — анафаза; образование двух ядер — телофаза.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что после удвоения ДНК число хромосом сразу удваивается. Её допускают, потому что две хроматиды выглядят как две отдельные части. Но до расхождения они соединены центромерой и считаются одной хромосомой. Проверь себя: если хроматиды ещё не разошлись, число хромосом не изменилось.

Ошибка: путать митоз и разделение цитоплазмы. Оба события участвуют в образовании двух клеток, поэтому их иногда принимают за один процесс. Митоз делит ядро, а разделение цитоплазмы обычно следует за ним и завершает разделение клетки. Проверь себя: спроси, что именно разделяется — ядро или цитоплазма.

Ошибка: менять местами метафазу и анафазу. Это случается, если запоминать названия фаз без связи с событиями. В метафазе хромосомы выстраиваются в центре, а в анафазе хроматиды расходятся к полюсам. Проверь себя: сначала хромосомы должны занять положение для распределения, и лишь затем их части могут разойтись.

Ошибка: считать, что митоз создаёт клетки с новым набором наследственной информации. Такое предположение возникает из-за того, что дочерние клетки новые. Однако при обычном митозе они получают такой же набор хромосом, как исходная клетка. Проверь себя: митоз распределяет копии уже имеющейся ДНК, а не создаёт другой набор хромосом.

Связь с другими темами

Чтобы понять деление клетки, нужно знать её строение, роль ядра и ДНК, а также понятия «хромосома» и «наследственная информация». Эти знания помогают проследить, что именно клетка копирует и распределяет. Позже тема пригодится при изучении размножения организмов и наследственности. Она также объясняет, как организм растёт и как в нём обновляются и восстанавливаются ткани.

Что запомнить

• Клеточный цикл включает интерфазу и деление клетки.
• В интерфазе клетка растёт и удваивает ДНК.
• Митоз состоит из профазы, метафазы, анафазы и телофазы.
• В анафазе сестринские хроматиды расходятся к противоположным полюсам клетки.
• После митоза обычно образуются две дочерние клетки с одинаковым набором хромосом.
• Митоз лежит в основе роста, обновления тканей и бесполого размножения.