§ 27. Митоз

Определения и обозначения

Митоз — способ деления ядра, при котором дочерние клетки получают одинаковые наборы хромосом. Благодаря этому сохраняется наследственная информация и число хромосом при росте и обновлении тканей. Митоз включает четыре основные стадии: профазу, метафазу, анафазу и телофазу.

Хроматида — одна из двух идентичных копий удвоенной хромосомы, соединённых в области центромеры. До начала анафазы две сестринские хроматиды считаются одной хромосомой. Это понятие нужно, чтобы правильно проследить, что именно распределяется между дочерними клетками.

Веретено деления — структура из микротрубочек, которая обеспечивает перемещение хромосом к полюсам клетки. Его нити прикрепляются к хромосомам и создают направленное движение во время митоза. Без веретена дочерние ядра могли бы получить неодинаковое количество хромосом.

Цитокинез — разделение цитоплазмы, завершающее деление клетки. Он следует за распределением хромосом и отделяет две будущие дочерние клетки друг от друга. Поэтому митоз и цитокинез связаны, но обозначают разные процессы.

Как это устроено

Подготовка к митозу начинается ещё до деления ядра, потому что каждой дочерней клетке нужен полный набор наследственной информации. В S-периоде интерфазы происходит репликация ДНК, и каждая хромосома получает вторую, одинаковую копию — сестринскую хроматиду. До разделения центромер число хромосом остаётся прежним, хотя количество ДНК увеличивается.

В профазе хромосомы спирализуются и становятся короткими и хорошо различимыми. Это облегчает их перемещение и снижает риск повреждения длинных молекул ДНК. Ядрышко и ядерная оболочка исчезают, а веретено деления формируется, чтобы его микротрубочки могли связаться с хромосомами.

В метафазе хромосомы выстраиваются в экваториальной плоскости клетки. Такое положение обеспечивает равное расстояние до обоих полюсов и позволяет нитям веретена прикрепиться к сестринским хроматидам с противоположных сторон. Поэтому перед началом расхождения каждая хромосома занимает строго определённое место.

В анафазе центромеры разделяются, и сестринские хроматиды перестают быть частью одной хромосомы. Нити веретена тянут их к противоположным полюсам, поэтому каждый полюс получает по одной копии каждой исходной хромосомы. После разделения хроматиды уже называют самостоятельными хромосомами.

В телофазе у каждого полюса формируется ядерная оболочка, а хромосомы деспирализуются и переходят в рабочее состояние хроматина. Затем цитокинез разделяет цитоплазму, так что два ядра оказываются в разных клетках. Итогом становятся две генетически сходные дочерние клетки с тем же набором хромосом.

Стадии митоза и происходящие в них события

Таблицу удобно читать сверху вниз как последовательность событий. Для определения стадии сначала обратите внимание на положение хромосом, а затем проверьте, что происходит с ядром и веретеном деления. Цитокинез расположен после телофазы, потому что он завершает разделение клетки, а не ядра.

Разбор задач

Задача 1

Назовите стадию митоза, если хромосомы выстроены в экваториальной плоскости клетки. Нужно сопоставить описанный признак с характерным событием одной из стадий. Положение хромосом по экватору особенно важно для их последующего равного распределения.

1. В профазе хромосомы только спирализуются и ещё не выстраиваются в ряд.
2. В метафазе двухроматидные хромосомы занимают экваториальную плоскость.
3. В анафазе они уже расходятся к полюсам, поэтому экваториального ряда нет.

Ответ: метафаза.

Задача 2

В клетке перед митозом было 2n хромосом. Определите число хромосом и молекул ДНК в ней в метафазе. Здесь нужно отдельно посчитать хромосомы и молекулы ДНК, потому что после репликации каждая хромосома состоит из двух хроматид. В метафазе центромеры ещё не разделились.

1. Исходное число хромосом равно 2n.
2. В S-периоде каждая из 2n хромосом получает вторую хроматиду.
3. Число хромосом остаётся 2n, а число молекул ДНК становится 4n, поскольку на каждую хромосому приходится две молекулы ДНК.

Ответ: в метафазе 2n хромосом и 4n молекул ДНК.

Задача 3

В анафазе клетки с диплоидным набором 2n = 8 хроматиды разошлись к полюсам. Сколько хромосом окажется у каждого полюса и сколько — в клетке до завершения цитокинеза? После разделения центромер каждая хроматида учитывается как отдельная хромосома. При этом клетка ещё одна, поэтому её общее число хромосом временно складывается из наборов у обоих полюсов.

1. В исходной диплоидной клетке было 8 хромосом, каждая после удвоения состояла из двух хроматид.
2. Сестринские хроматиды расходятся поровну, поэтому к каждому полюсу направляются 8 хромосом.
3. До завершения цитокинеза оба набора находятся внутри одной клетки, значит, всего в ней 16 хромосом.

Ответ: у каждого полюса по 8 хромосом, а в ещё не разделённой клетке — 16 хромосом.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что в S-периоде удваивается число хромосом. Её допускают, потому что визуально после репликации хромосома становится вдвое толще. Проверка: считайте центромеры — до анафазы их число, а значит и число хромосом, не меняется.

Ошибка: путать хромосому и хроматиду. Две сестринские хроматиды до разделения центромеры составляют одну хромосому, поэтому удвоение ДНК не означает удвоение числа хромосом. Проверяйте, соединены ли копии одной центромерой.

Ошибка: считать, что в анафазе расходятся целые двухроматидные хромосомы. На самом деле разделяются сестринские хроматиды, и каждая из них становится самостоятельной хромосомой. Если у полюса оказалась одна копия каждой хромосомы, рассуждение верно.

Ошибка: отождествлять митоз с цитокинезом. Митоз делит ядро и распределяет хромосомы, а цитокинез разделяет цитоплазму. Для проверки назовите отдельно событие в ядре и событие, после которого клетка физически разделяется.

Связь с другими темами

Для понимания митоза нужны знания о строении хромосомы, диплоидном наборе и клеточном цикле. Особенно важна роль интерфазы: именно в её S-периоде происходит удвоение ДНК. Без различения хромосомы и хроматиды невозможно правильно решать задачи о митозе.

Митоз объясняет рост организма и обновление тканей, поскольку новые клетки получают тот же набор хромосом. Он также лежит в основе многих форм бесполого размножения. Сохранение генетической информации достигается благодаря точному распределению сестринских хроматид.

С мейозом митоз сравнивают при изучении образования гамет и наследственной изменчивости. Митоз обычно сохраняет набор хромосом и образует две сходные клетки, а мейоз уменьшает набор и создаёт генетическое разнообразие. Это различие помогает понять особенности полового размножения.

Что запомнить

• Перед митозом ДНК удваивается в S-периоде интерфазы.
• Митоз включает профазу, метафазу, анафазу и телофазу.
• В метафазе хромосомы располагаются в экваториальной плоскости.
• В анафазе сестринские хроматиды расходятся к противоположным полюсам.
• Митоз обеспечивает равномерное распределение хромосом между дочерними ядрами.
• После митоза и цитокинеза обычно образуются две генетически сходные дочерние клетки.