"Биология. Углублённый уровень (для медицинских классов)", Пасечник В.В., Каменский А.А., Рубцов А.М. и др. / под ред. Пасечника В.В.
Клеточный цикл — путь клетки от образования до следующего деления или гибели. Его важная часть — митоз: деление, при котором из одной эукариотической клетки возникают две дочерние с таким же набором хромосом. Перед митозом клетка растёт и удваивает ДНК, а затем распределяет её копии между дочерними клетками. Последовательно проходят профаза, метафаза, анафаза и телофаза; разделение цитоплазмы завершает образование двух клеток. Так организм растёт и обновляет ткани.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
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; митоз — часть этого цикла. Такое деление помогает понять, когда клетка копирует наследственный материал и когда распределяет его.
Митоз — способ деления эукариотической клетки, при котором из одной материнской образуются две дочерние с одинаковым набором хромосом. Эукариотическими называют клетки с оформленным ядром. Митоз позволяет передать обеим дочерним клеткам копии наследственной информации материнской.
Хромосома — структура из молекулы ДНК и связанных с ней белков. Если ДНК ещё не удвоена, хромосома однохроматидная; после удвоения она состоит из двух сестринских хроматид — копий, соединённых в области центромеры. Это различие нужно учитывать при подсчёте: две соединённые хроматиды до расхождения считаются одной хромосомой.
Клеточный центр — структура, участвующая в организации микротрубочек, тонких белковых трубочек клетки. Из микротрубочек формируется веретено деления, которое связывается с хромосомами и помогает направить их к противоположным полюсам. Так наследственный материал распределяется между будущими дочерними клетками.
Интерфаза занимает большую часть клеточного цикла, потому что клетке нужно выполнить обычные функции и подготовиться к делению. Она растёт, производит необходимые вещества и удваивает ДНК, чтобы обеим будущим клеткам достались полные копии генетической информации. К концу интерфазы клетка подготовлена к митозу, хотя сама интерфаза в его фазы не входит.
После удвоения ДНК каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид, соединённых в области центромеры. Число хромосом при этом не меняется: две копии пока составляют одну хромосому. Например, при 2n = 6 перед митозом остаётся 6 хромосом, но в них содержится 12 хроматид. Это различие важно, потому что подсчёт зависит от того, считают ли целые хромосомы или их копии.
В профазе хромосомы спирализуются — уплотняются и становятся заметными, что облегчает их перемещение. Ядрышко и ядерная оболочка исчезают, открывая хромосомам путь к веретену деления. Микротрубочки формируют нити веретена, которые впоследствии смогут разойтись к противоположным полюсам клетки.
В метафазе двухроматидные хромосомы располагаются в экваториальной плоскости клетки. Нити веретена прикрепляются к ним так, чтобы сестринские хроматиды были связаны с противоположными полюсами. Такое расположение помогает обеспечить равномерное распределение копий ДНК при следующем этапе.
В анафазе сестринские хроматиды отделяются друг от друга и движутся к противоположным полюсам. Движение обеспечивают нити веретена, которые укорачиваются, а клетка при этом может вытягиваться. С момента расхождения каждая хроматида считается самостоятельной дочерней хромосомой.
В телофазе хромосомы достигают полюсов и деспирализуются, то есть становятся менее уплотнёнными. Вокруг каждого набора восстанавливается ядерная оболочка, появляются два ядра. Затем цитоплазма разделяется — происходит цитокинез, и образуются две клетки с сохранённым набором хромосом.
| Этап | Основные события | Состояние хромосом | Расположение хромосом |
|---|---|---|---|
| Профаза | Исчезают ядрышко и ядерная оболочка, формируется веретено | Двухроматидные, спирализованные | Распределены в клетке, ещё не выстроены по экватору |
| Метафаза | Нити веретена прикреплены к хромосомам | Двухроматидные, максимально уплотнённые | Выстроены в экваториальной плоскости |
| Анафаза | Сестринские хроматиды расходятся | Однохроматидные дочерние хромосомы | Движутся к противоположным полюсам |
| Телофаза | Восстанавливаются ядра, начинается разделение цитоплазмы | Однохроматидные, деспирализуются | Собраны у противоположных полюсов |
Используйте таблицу, чтобы сопоставить событие каждой фазы с состоянием и положением хромосом. При подсчёте сначала определите фазу: до анафазы сестринские хроматиды соединены, а в анафазе уже считаются отдельными хромосомами. Таблица также помогает не путать выстраивание по экватору с расхождением к полюсам.
В клетке перед митозом 2n = 6. Нужно определить число хромосом и хроматид после удвоения ДНК, но до начала митоза. Сначала выясним, что означает удвоение: у каждой хромосомы появляется копия, однако копии остаются соединёнными. Поэтому число хромосом и число хроматид здесь нужно считать отдельно.
Ответ: 6 хромосом и 12 хроматид. Проверка: хроматид вдвое больше, потому что у каждой из шести хромосом есть две соединённые копии.
В клетке с набором 2n = 8 завершилась метафаза. Требуется найти число хромосом и хроматид до расхождения сестринских хроматид. Метафаза наступает после удвоения ДНК, но каждая пара хроматид ещё соединена. Значит, нельзя записывать каждую хроматиду как отдельную хромосому.
Ответ: 8 хромосом и 16 хроматид. Проверка: расхождение ещё не произошло, поэтому каждая пара хроматид по-прежнему составляет одну хромосому.
В анафазе клетки с набором 2n = 10 сестринские хроматиды разошлись к полюсам. Нужно определить число хромосом у каждого полюса и во всей клетке. Теперь правило подсчёта меняется: отделившиеся хроматиды считаются самостоятельными хромосомами. При этом до цитокинеза клетка ещё одна, поэтому учитывают оба полюса вместе.
Ответ: у каждого полюса по 10 хромосом, во всей клетке временно 20. После разделения цитоплазмы каждый из двух дочерних клеточных наборов будет содержать по 10 хромосом.
Ошибка: считать, что после удвоения ДНК удваивается число хромосом. Её допускают, потому что две копии ДНК принимают за две самостоятельные хромосомы. Проверьте себя: до расхождения сестринские хроматиды соединены, поэтому при исходных 6 хромосомах их будет 12, но хромосом останется 6.
Ошибка: называть сестринские хроматиды отдельными хромосомами в метафазе. Ученик видит две части каждой структуры и забывает, что они соединены в области центромеры. Чтобы проверить подсчёт, установите, произошло ли расхождение: в метафазе одна пара хроматид — одна хромосома.
Ошибка: путать метафазу и анафазу. В обеих фазах хромосомы связаны с веретеном деления, поэтому направление событий бывает неочевидно. Проверьте положение: по экватору они выстроены в метафазе, а в анафазе хроматиды уже движутся к полюсам.
Ошибка: считать, что митоз включает только деление ядра. Тогда остаются две области цитоплазмы в одной клетке, и образование дочерних клеток не объяснено. Проверьте, указан ли цитокинез — разделение цитоплазмы, которое завершает формирование двух клеток.
Для понимания митоза нужны знания о строении клетки, роли ДНК и хромосом, а также о гаплоидном и диплоидном наборах. Митоз объясняет рост организма, обновление тканей и бесполое размножение: дочерние клетки получают копии наследственной информации. Эта тема служит основой для изучения мейоза, при котором число хромосом уменьшается, и клеточной дифференцировки, когда клетки приобретают разные функции. Ошибки контроля деления могут нарушать развитие клеток и способствовать опухолевому росту.
Чем хромосома отличается от хроматиды?
Хромосома — структура из ДНК и белков, в которой хранится наследственная информация. До расхождения двух её копий они соединены в области центромеры и называются сестринскими хроматидами. После расхождения каждая хроматида становится самостоятельной хромосомой.
Почему после удвоения ДНК число хромосом не удваивается?
При удвоении ДНК копируется наследственный материал, но сестринские копии остаются соединёнными. Поэтому одна двухроматидная структура считается одной хромосомой. Число хромосом увеличивается, когда хроматиды расходятся и становятся самостоятельными.
Как запомнить последовательность фаз митоза?
Запомните порядок по первым буквам: профаза, метафаза, анафаза, телофаза — ПМАТ. Можно связать его с событиями: подготовка хромосом, размещение по экватору, расхождение, восстановление ядер.
В какой фазе хромосомы выстраиваются по экватору клетки?
Это происходит в метафазе. Двухроматидные хромосомы располагаются в средней, экваториальной плоскости клетки и прикрепляются к нитям веретена деления.
Чем митоз важен для организма?
Митоз обеспечивает рост организма и замену клеток, которые стареют или повреждаются. Он также лежит в основе бесполого размножения некоторых организмов. При обычном митозе дочерние клетки получают такой же набор хромосом, как материнская.
§ 36. Деление клетки. Митоз
