Деление клетки. Митоз

Определения и обозначения

Клеточный цикл — период жизни клетки от её образования до следующего деления или гибели. В него входит интерфаза — время роста и подготовки к делению, когда клетка удваивает ДНК. Поэтому деление начинается не сразу после появления клетки: сначала она должна подготовить необходимый материал.

Митоз — способ деления ядра, при котором из одного ядра образуются два генетически одинаковых ядра с тем же числом хромосом. Он позволяет передать наследственную информацию обеим дочерним клеткам без её потери. Сам митоз относится именно к делению ядра, а не всей клетки целиком.

Хромосома — структура из молекулы ДНК и белков, содержащая наследственную информацию. Перед делением ДНК удваивается, поэтому хромосома становится двухчастной: в ней находятся две одинаковые копии. Такое строение помогает распределить копии по разным будущим ядрам.

Хроматида — одна из двух идентичных частей удвоенной хромосомы. Сестринские хроматиды соединены в области центромеры и до определённого момента считаются частями одной хромосомы. При митозе они расходятся к противоположным полюсам клетки, чтобы каждая дочерняя клетка получила свою копию.

Как это устроено

Перед митозом клетка проходит интерфазу: растёт, удваивает ДНК и органоиды. Копирование ДНК необходимо, потому что после деления обеим дочерним клеткам требуется полный набор наследственной информации, а не его половина. Удвоение органоидов помогает распределить их между новыми клетками. Таким образом, интерфаза заранее подготавливает ресурсы для деления.

В профазе хромосомы спирализуются, то есть становятся компактнее и хорошо различимыми. Это облегчает их перемещение и снижает риск спутывания длинных молекул ДНК. Ядерная оболочка разрушается, чтобы нити веретена деления могли взаимодействовать с хромосомами. Веретено формируется между полюсами клетки и впоследствии перемещает хромосомный материал.

В метафазе хромосомы располагаются в экваториальной плоскости — условной середине клетки. Нити веретена прикрепляются к центромерам, соединяющим сестринские хроматиды. Такое расположение помогает подготовить их к равномерному разделению: копии должны быть направлены к разным полюсам. Если мысленно провести линию через середину клетки, хромосомы будут находиться вдоль неё.

В анафазе сестринские хроматиды отделяются друг от друга и расходятся к противоположным полюсам. Нити веретена укорачиваются и помогают переместить их в разные стороны. Благодаря этому каждая будущая часть клетки получает по одной копии каждой хромосомы. Так наследственный материал распределяется поровну, а не случайно собирается только у одного полюса.

В телофазе у каждого полюса уже находится свой набор хромосом, и вокруг него формируется новая ядерная оболочка. Хромосомы деспирализуются — становятся менее компактными, как в неделящейся клетке. Затем обычно начинается цитокинез, то есть разделение цитоплазмы. В результате возникают две дочерние клетки, каждая со своим ядром.

Стадии митоза и распределение хромосом

Чтобы определить стадию, сначала посмотрите на расположение хромосом: по экватору — метафаза, у полюсов — анафаза или телофаза. Затем проверьте, сохраняется ли ядерная оболочка и разделилась ли цитоплазма. Цитокинез обычно следует за митозом, но его не относят к делению ядра.

Разбор задач

Задача 1. В клетке животного перед делением 12 хромосом. Сколько хромосом будет в каждом дочернем ядре после митоза? Чтобы ответить, нужно проследить, сохраняет ли митоз исходное число хромосом. Не следует делить 12 пополам: поровну распределяются копии хромосом, а не набор между дочерними ядрами.

1. Записываем исходное число: в ядре 12 хромосом.
2. Учитываем, что митоз сохраняет число хромосом в каждом дочернем ядре.
3. Значит, после митоза в каждом ядре будет по 12 хромосом.

Ответ: 12 хромосом в каждом дочернем ядре.

Задача 2. Укажите порядок стадий: анафаза, профаза, телофаза, метафаза. Для каждой назовите событие, по которому её можно распознать. Начать удобно с наиболее узнаваемого выстраивания хромосом по центру, затем определить, что происходит до и после него. Завершает последовательность образование новых ядер.

1. Профаза — хромосомы спирализуются, ядерная оболочка разрушается.
2. Метафаза — хромосомы выстраиваются в экваториальной плоскости клетки.
3. Анафаза — сестринские хроматиды расходятся к противоположным полюсам.
4. Телофаза — формируются новые ядра, хромосомы деспирализуются.

Ответ: профаза → метафаза → анафаза → телофаза.

Задача 3. После удвоения ДНК клетка содержит 8 хромосом. Сколько хромосом и хроматид будет перед расхождением хроматид и сколько хромосом окажется у каждого дочернего ядра? Важно различить число хромосом и число их частей: удвоенная хромосома пока остаётся одной хромосомой. Каждая из восьми хромосом состоит из двух хроматид.

1. Перед расхождением число хромосом не меняется: их 8.
2. На каждую хромосому приходятся две хроматиды: 8 × 2 = 16 хроматид.
3. После расхождения копии распределяются между полюсами поровну, и каждое дочернее ядро получает по 8 хромосом.

Ответ: перед расхождением — 8 хромосом и 16 хроматид; в каждом дочернем ядре — 8 хромосом.

Типичные ошибки

• Удвоение ДНК иногда принимают за удвоение числа хромосом. Причина в том, что у каждой хромосомы после копирования появляются две части, но до их расхождения это две хроматиды одной хромосомы. Проверьте себя: если хроматиды ещё соединены, число хромосом не изменилось.

• Метафазу путают с анафазой, потому что в обеих стадиях хромосомы хорошо заметны. Однако в метафазе они выстроены по экватору, а в анафазе хроматиды уже движутся к полюсам. Чтобы проверить ответ, спросите: они стоят в центре или расходятся?

• Цитокинез называют стадией митоза, смешивая деление ядра с разделением всей клетки. Путаница возникает потому, что оба процесса происходят рядом по времени. Проверка простая: митоз завершает образование двух ядер, а цитокинез разделяет цитоплазму.

• Иногда считают, что митоз уменьшает число хромосом вдвое, как будто каждая дочерняя клетка получает лишь половину набора. Так можно ошибиться, если воспринимать распределение копий как разделение исходного набора пополам. Сверьте число хромосом в исходном и дочернем ядрах: при митозе оно одинаково.

Связь с другими темами

Чтобы разобраться в митозе, нужно знать строение клетки, роль ядра и хромосом, а также различать ДНК, хромосому и хроматиду. Деление клеток обеспечивает рост и восстановление тканей, а у некоторых организмов связано с бесполым размножением. Позже знание митоза поможет понять мейоз, наследственность и различия между делением клеток растений и животных. Сравнение процессов покажет, как клетки сохраняют или изменяют набор хромосом.

Что запомнить

• Перед митозом ДНК удваивается в интерфазе.
• Митоз состоит из профазы, метафазы, анафазы и телофазы.
• В метафазе хромосомы располагаются в экваториальной плоскости клетки.
• В анафазе сестринские хроматиды расходятся к противоположным полюсам.
• Митоз обеспечивает равномерное распределение наследственного материала.
• После митоза обычно образуются две генетически одинаковые клетки с исходным числом хромосом.
• Деление цитоплазмы называют цитокинезом.