§ 26. Самовоспроизведение клеток. Митоз

Определения и обозначения

Клеточный цикл — период жизни клетки от её образования до следующего деления. Он включает интерфазу, во время которой клетка растёт и готовится к делению, и само деление. Подготовка нужна, чтобы клетка успела накопить вещества и удвоить ДНК.

Митоз — способ деления ядра, при котором дочерние ядра получают одинаковые наборы хромосом. Благодаря этому наследственная информация распределяется между ними без изменения числа хромосом. Митоз важен для образования новых клеток при росте и обновлении организма.

Кариокинез — деление ядра на два дочерних ядра. Он происходит в ходе митоза и обеспечивает распределение хромосом между будущими клетками. Кариокинез не означает, что разделилась вся клетка: цитоплазма может оставаться общей.

Цитокинез — разделение цитоплазмы с образованием двух дочерних клеток после деления ядра. Обычно он завершает клеточное деление и отделяет одну клетку от другой. Если различать кариокинез и цитокинез, легче проследить, что сначала разделяется ядро, а затем — вся клетка.

Как это устроено

До митоза клетка находится в интерфазе: растёт, создаёт необходимые вещества и удваивает ДНК. Она также увеличивает число органоидов, чтобы распределить их между будущими дочерними клетками. Удвоение ДНК необходимо потому, что после деления каждая клетка должна получить полный наследственный материал, а не его половину.

Перед делением длинные нити хроматина — вещества, из которого состоят хромосомы, — уплотняются. Поэтому хромосомы становятся компактными и их легче перемещать внутри клетки. Каждая удвоенная хромосома состоит из двух сестринских хроматид, то есть одинаковых копий ДНК; они соединены в области центромеры. Пока копии соединены, их считают одной хромосомой.

В профазе хромосомы уплотняются настолько, что становятся хорошо различимыми. Ядрышки исчезают, ядерная оболочка разрушается, а внутри клетки формируется веретено деления — система нитей, которая перемещает хромосомы. Нити веретена связываются с хромосомами, чтобы позднее развести их копии к противоположным сторонам клетки.

В метафазе хромосомы располагаются в экваториальной плоскости клетки, то есть на одинаковом расстоянии от её полюсов. Такое положение помогает распределить копии поровну. Затем, в анафазе, сестринские хроматиды отделяются и расходятся к противоположным полюсам. Так каждая сторона получает одинаковый набор наследственного материала.

В телофазе у каждого набора хромосом формируется ядерная оболочка, и возникают два дочерних ядра; хромосомы постепенно раскручиваются. После этого обычно происходит цитокинез — разделение цитоплазмы. В результате образуются две генетически сходные клетки с тем же числом хромосом, что было у материнской. Это сохраняет постоянство числа хромосом в клеточных поколениях.

События митоза и их значение

Чтобы пользоваться таблицей, найди описанное событие и соотнеси его с фазой. Например, положение хромосом по экватору указывает на метафазу, а их расхождение — на анафазу. Последовательность строк показывает порядок основных этапов митоза.

Разбор задач

Задача 1. В клетке организма 2n = 12. Сколько хромосом будет в каждом дочернем ядре после митоза?

1. Обозначение 2n = 12 показывает число хромосом в исходной клетке.
2. При обычном митозе копии хромосом распределяются поровну между двумя ядрами.
3. Число хромосом в каждом дочернем ядре сохраняется таким же, как в материнском.

Ответ: в каждом дочернем ядре будет 12 хромосом. Здесь не нужно делить 12 пополам: митоз сохраняет набор хромосом в каждом ядре.

Задача 2. Расположите события в правильном порядке: расхождение хроматид к полюсам, выстраивание хромосом на экваторе, образование двух ядер, уплотнение хромосом.

1. Уплотнение хромосом происходит в профазе, поэтому это событие стоит первым.
2. Выстраивание хромосом на экваторе характерно для метафазы и следует за профазой.
3. Расхождение хроматид происходит в анафазе, после их выстраивания.
4. Образование двух ядер относится к телофазе и завершает эту последовательность.

Ответ: уплотнение хромосом → выстраивание на экваторе → расхождение хроматид → образование двух ядер. Подсказка для проверки — порядок фаз: профаза, метафаза, анафаза, телофаза.

Задача 3. В клетке с 2n = 8 завершилась репликация ДНК. Определите число хромосом и хроматид перед митозом, а также число хромосом в каждом дочернем ядре.

1. До репликации в клетке было 8 хромосом; после неё число центромер не меняется, поэтому хромосом перед митозом тоже 8.
2. Каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид. Значит, общее число хроматид: 8 × 2 = 16.
3. При митозе хроматиды расходятся поровну. После завершения деления каждое дочернее ядро получает исходное число хромосом.

Ответ: перед митозом — 8 хромосом и 16 хроматид; в каждом дочернем ядре после митоза — 8 хромосом. Проверяй число хромосом по центромерам, а хроматид — по копиям ДНК.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что после удвоения ДНК удваивается и число хромосом. Её допускают, потому что каждая хромосома действительно становится двойной по содержанию ДНК. Проверь себя: до расхождения сестринские хроматиды соединены одной центромерой, значит, это одна хромосома.

Ошибка — путать хромосому и хроматиду. Хроматида является одной из двух копий удвоенной хромосомы, а не отдельной хромосомой до их расхождения. Для проверки посчитай центромеры: если две хроматиды соединены одной центромерой, считай их одной хромосомой.

Ошибка — называть расхождение сестринских хроматид метафазой. Так путают, потому что и выстраивание, и расхождение связаны с работой веретена деления. Проверь последовательность: в метафазе хромосомы стоят по экватору, а в анафазе хроматиды уже движутся к полюсам.

Ошибка — считать кариокинез и цитокинез одним событием. Оба процесса входят в деление клетки, поэтому их легко объединить в памяти. Проверь порядок: сначала делится ядро, то есть происходит кариокинез, затем обычно разделяется цитоплазма — цитокинез.

Связь с другими темами

Для понимания митоза нужны знания о строении клетки, роли ядра и хромосом, а также о различиях между ДНК, хромосомой и хроматидой. Митоз объясняет, как растут и обновляются ткани и как происходит бесполое размножение. Сохранение числа хромосом связывает его с наследственностью и передачей признаков клеточным поколениям. Позже сравнение митоза с мейозом поможет понять образование половых клеток, а знания о нормальном делении — разобраться в клеточных нарушениях.

Что запомнить

• Перед митозом ДНК удваивается в интерфазе.
• Митоз включает профазу, метафазу, анафазу и телофазу.
• В метафазе хромосомы располагаются по экватору клетки.
• В анафазе сестринские хроматиды расходятся к противоположным полюсам.
• Кариокинез — деление ядра, цитокинез — разделение цитоплазмы.
• После обычного митоза образуются две дочерние клетки с тем же числом хромосом, что у материнской.