Как называется процесс деления соматических клеток. Как происходит деление ядра? Типы деления ядра
Деление клетки – это биологический процесс, лежащий в основе размножения и индивидуального развития всех живых организмов. Наиболее широко распространенная форма воспроизведения клеток у живых организмов – непрямое деление или митоз (от греч. «митос» - нить).
Митоз – способ размножения соматических клеток человека, сущность которого состоит в удвоении генетического материала клетки и его равномерного распределения между двумя дочерними клетками. Митоз – способ закономерного деления клетки, при котором каждая из двух дочерних клеток получает в точности такое же число и типы хромосом, какие имела материнская клетка. В действительности, каждая исходная хромосома синтезирует свою точную копию непосредственно около себя. Новая хромосома строится из имеющегося в ядре материала несколько раньше, чем можно увидеть начало митотического процесса. Старая и новая хромосомы тождественны как морфологически, так и функционально. Период жизни клетки между двумя митозами называется интерфазой . Она в десятки раз продолжительнее митоза и завершает ряд важных процессов, предшествующих делению клетки: идет интенсивный синтез молекулы АТФ, белков и других органических веществ, удваивается каждая хромосома, образуя две сестринские хроматиды, скрепленные общей центромерой. Набор хромосом – 2n, увеличивается число основных органоидов клетки.
Процесс митоза длится 1-2 часа, в нём различают четыре фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу .
1. Профаза самая продолжительная фаза митоза. В ней спирализируются и вследствие этого утолщаются хромосомы, состоящие из двух сестринских хроматид, удерживаемых вместе центромерой. К концу профазы ядерная мембрана (оболочка) и ядрышко исчезают и хромосомы рассредоточиваются по всей клетке. В цитоплазме к концу профазы центриоли отходят к полюсам и образуется веретено деления.
2.Метафаза – хромосомы продолжают спирализацию, их центромеры располагаются по экватору (в этой фазе они наиболее видны). К ним прикрепляются нити веретена деления.
3.Анафаза – делятся центромеры, сестринские хроматиды отделяются друг от друга и за счёт сокращения нитей веретена отходят к противоположным полюсам клетки.
4. Телофаза – делится цитоплазма, образуются две дочерние клетки, каждая с диплоидным набором хромосом, хромосомы раскручиваются, вновь образуются ядрышки и ядерные мембраны, исчезает веретено мембраны. После этого образуется перетяжка в экваториальной зоне клетки, разделяющая две сестринские клетки.
Так, из одной исходной клетки (материнской), образуются две новые, дочерние, имеющие хромосомный набор, который по количеству и качеству, по содержанию наследственной информации, морфологическим, анатомическим и физиологическим особенностям полностью идентичен родительским. Таким образом, митотическое деление клетки лежит в основе развития организмов, их размножения, а также обеспечивает самообновление тканей на протяжении жизни организма и восстановление их целостности после повреждения.
Митоз состоит из четырех последовательных фаз. Благодаря митозу обеспечивается равномерное распределение генетической информации родительской клетки между дочерними клетками. В процессе клеточного деления каждая дочерняя клетка получает в точности такие же хромосомы, какими обладала материнская клетка, и точно в таком же числе. Если в дочерней клетке в результате нарушения процесса клеточного деления оказалось больше или меньше хромосом, чем было в материнской клетке, то это приводит к заметным отклонениям от нормы, а иногда даже к гибели клетки.
Деление соматической клетки и ее ядра (митоз) сопровождается сложными многофазными трансформациями хромосом: 1) в процессе митоза происходит удвоение каждой хромосомы на основе комплементарной репликации молекулы ДНК с образованием двух сестринских нитевидных копий (хроматид), соединенных в области центромеры; 2) в последующем сестринские хроматиды разъединяются и эквивалентно распределяются по ядрам дочерних клеток.
В результате в делящихся соматических клетках поддерживается идентичность хромосомного набора и генеетического материала. Отдельно следует сказать о нейронах - высокодифференцированньгх постмитотических клетках, не претерпевающих клеточных делений на протяжении жизни. Компенсаторные возможности нейронов в ответ на действие повреждающих факторов ограничиваются внутриклеточной регенерацией и репарацией ДНК в неделящемся ядре, чем в значительной степени обусловлена специфика нейропатологических процессов наследственной и ненаследственной природы.
Совершенно иной тип деления - мейоз - характерен для половых клехок. Главной особенностью мейозa являются два последовательных деления клетки-предшественника и ее ядра, в то время как хромосомы удваиваются лишь однажды. Схематично механизм мейоза выглядит следующим образом: 1) в первом делении мейоза дочерние клетки получают из каждой хромосомной пары по одной гомологичной хромосоме, состоящей из удвоенных сестринских хроматид (поскольку при этом число хромосом в дочерних клетках уменьшается вдвое, данное деление является редукционным); во втором делении сестринские хроматиды разъединяются и эквивалентно расходятся по образующимся зрелым половым клеткам - гаметам. В результате число хромосом в гаметах оказывается вдвое меньшим по сравнению с исходной родительской клеткой.
После слияния ядер половых клеток при оплодотворении зигота получает стандартный двойной набор хромосом. Данный: механизм обеспечивает постоянство числа хромосом у разных поколений организмов, размножающихся половым путем.
Важнейшей биологической ролью мейоза является обеспечение генетического разнообразия особей в результате «перемешивания» отцовских и материнских генов в гамете. Это достигается двумя путями. Во-первых, в первом делении мейоза распределение отцовских и материнских хромосом по дочерним клеткам происходит случайным образом, в результате чего гаметы несут различные комбинации родительских хромосом.
Второй фундаментальный механизм поддержания генетического разнообразия заслуживает того, чтобы быть разобранным более подробно, поскольку он имеет прямое отношение к теме настоящей монографии -ДНК-диагностике.
В начальной фазе первого деления мейоза гомологичные хромосомы располагаются друг напротив друга и спариваются, образуя одну или несколько зон контакта (хиазм) между отдельными несестринскими хроматидами. Далее пара хроматид, образовавшая хиазму, обменивается участками ДНК - процесс, носящий, название кроссинговер. В результате кроссинговера образуются рекомбинантные хромосомы, состоящие из участков, имеющих происхождение от разных родительских линий. По завершении мейоза рекомбинантные хромосомы разойдутся по разным гаметам.
Таким образом, кроссинговер представляет собой частный случай генетической рекомбинации - процесса перераспределения генетического материала родителей при передаче потомству. Важным следствием кроссинговера становится создание новой комбинации генов у потомков при соединении родительских гамет. Поскольку при рекомбинации происходит обмен генетического материала между отцовской и материнской хромосомами, этот феномен всегда должен приниматься во внимание при анализе наследования хромосом в процессе нроведения косвенной ДНК-диагностики и расчете генетического сцепления.
В зависимости от функционального и физиологического состояний клетка может делиться разными способами. Способы деления соматических клеток : митоз, амитоз или эндомитоз. Половые клетки делятся мейозом.
Митоз – непрямое деление клетки, сопровождающееся спирализацией хромосом. В митозе выделяют несколько фаз:
I Профаза (от греч. «pro» - до, «phases» - появление). Происходит спирализация и укорочение хромосом. Ядрышко и ядерная оболочка исчезают, центриоли расходятся к полюсам клетки, формируется веретено деления. Хромосомы состоят из двух хроматид, соединенных центромерой. Профаза – самая продолжительная фаза митоза. Набор генетического материала – 2n 4с.
II Метафаза (от греч. «meta» - середина). Хромосомы, состоящие из двух хроматид, выстраиваются в экваториальной плоскости клетки. Нити веретена деления прикрепляются к центромерам. В веретене деления выделяются два типа нитей: 1) хромосомные, связанные с первичными перетяжками хромосом, 2) центросомные, соединяющие полюса деления. Набор генетического материала в этот момент – 2n 4с.
III Анафаза (от греч. «ana» - вверх). Самая короткая фаза деления. Центромеры хромосом разъединяются, хроматиды (дочерние хромосомы) становятся самостоятельными. Нити веретена деления, прикрепленные к центромерам, тянут дочерние хромосомы к полюсам клетки. Набор генетического материала – 2n 2с.
IV Телофаза. Хромосомы, состоящие из одной хроматиды, находятся у полюсов клетки. Хромосомы деспирализуются (раскручиваются). У каждого полюса вокруг хромосом образуется ядерная оболочка и ядрышки. Нити веретена деления распадаются. Цитоплазма клетки разделяется (цитокинез = цитотомия). Образуются две дочерние клетки. Набор генетического материала дочерних клеток – 2n 2с.
Разделение цитоплазмы перетяжкой в разных клетках происходит по-разному. В клетках животных впячивание цитоплазматической мембраны внутрь во время разделения клетки происходит от краев к центру. В клетках растений по центру образуется перегородка, которая затем увеличивается по направлению к стенкам клетки.
Биологическое значение митоза. В результате митоза происходит точное распределение генетического материала между двумя дочерними клетками. Дочерние клетки получают такой же набор хромосом, который был у материнской клетки – диплоидный. Митоз обеспечивает поддержание постоянства числа хромосом в ряду поколений и служит клеточным механизмом роста, развития организма, регенерации и бесполого размножения. Митоз является основой бесполого размножения организмов. Число образующихся в процессе митоза дочерних клеток – 2.
Амитоз (от греч. «а» - отрицание, «mitos» - нить) – прямое деление клетки, при котором ядро находится в интерфазном состоянии. Хромосомы не выявляются. Деление начинается с изменений в ядрышках. Крупные ядрышки делятся перетяжкой. Вслед за этим делится ядро. Ядро может разделяться лишь одной перетяжкой или фрагментироваться. Образующиеся дочерние ядра могут быть неравной величины.
Т.о. амитоз приводит к появлению двух клеток с ядрами разной величины и количества. Часто после амитоза две клетки не образуются, т.е. после делений ядра разделения цитоплазмы (цитокинеза) не происходит. Образуются 2-х и многоядерные клетки. Амитоз встречается в отживающих, дегенерирующих соматических клетках.
Эндомитоз – процесс, при котором удвоение хромосом в клетке не сопровождается делением ядра. Вследствие этого в клетке происходит умножение числа хромосом, иногда в десятки раз по сравнению с исходным числом. Эндомитоз встречается в интенсивно функционирующих клетках.
Иногда воспроизведение хромосом происходит без увеличения их числа в клетке. Каждая хромосома многократно удваивается, но дочерние хромосомы остаются связанными между собой (явление политении). В результате образуются гигантские хромосомы.
Мейоз – особая форма клеточного деления, при которой из диплоидных материнских половых клеток образуются дочерние гаплоидные. Слияние мужских и женских гаплоидных половых клеток в процессе оплодотворения приводит к появлению зиготы с диплоидным набором хромосом. В результате развивающийся из зиготы дочерний организм имеет такой же диплоидный кариотип, который был у материнского организма.
Мейоз включает два последовательных деления.
I мейотическое деление называют редукционным. Оно включает 4 стадии.
Профаза I. Самая продолжительная стадия. Ее условно делят на 5 стадий.
1) Лептотена. Увеличивается ядро. Начинается спирализация хромосом, каждая из которых состоит из двух хроматид.
2) Зиготена. Происходит конъюгация гомологичных хромосом. Гомологичными называют хромосомы, имеющие одинаковые форму и размеры. Хромосомы притягиваются и прикладываются друг к другу по всей длине.
3) Пахитена. Заканчивается сближение хромосом. Сдвоенные хромосомы называют бивалентами. Они состоят из 4-х хроматид. Число бивалентов = гаплоидному набору хромосом клетки. Продолжается спирализация хромосом. Тесный контакт между хроматидами дает возможность обмениваться идентичными участками в гомологичных хромосомах. Это явление называют кроссинговером (перекрест хромосом).
4) Диплотена. Возникают силы отталкивания хромосом. Хромосомы, составляющие биваленты, начинают отходить друг от друга. При этом остаются соединенными между собой в нескольких точках – хиазмах. В этих местах может произойти кроссинговер. Происходит дальнейшая спирализация и укорочение хромосом.
5) Диакинез. Отталкивание хромосом продолжается, но они остаются соединенными в биваленты своими концами. Ядрышко и ядерная оболочка растворяются, нити веретена деления расходятся к полюсам. Набор генетического материала – 2n 4с.
Метафаза I. Биваленты хромосом располагаются по экватору клетки, образуя метафазную пластинку. К ним прикрепляются нити веретена деления. Набор генетического материала – 2n 4с.
Анафаза I. Хромосомы расходятся к полюсам клетки. К полюсам попадают только по одной из пары гомологичных хромосом. Набор генетического материала – 1n 2с.
Телофаза I. Число хромосом у каждого полюса клетки становится гаплоидным. Хромосомы состоят из двух хроматид. У каждого полюса вокруг группы хромосом образуется ядерная оболочка, хромосомы деспирализуются, ядро становится интерфазным. Набор генетического материала – 1n 2с.
После телофазы I в животной клетке начинается цитокинез, растительной клетке – формирование клеточной стенки.
Интерфаза II есть только у животных клеток. При этом удвоения ДНК нет.
II мейотическое деление называют эквакционным. Оно подобно митозу. Отличие от митоза в том, что из хромосом, имеющих две хроматиды, образуются хромосомы, состоящие из одной хроматиды. II мейотическое деление отличается от митоза еще и тем, что в клетке во время деления формируются две группы хромосом и соответственно – два веретена деления. Набор генетического материала в профазе II – 1n 2с, начиная с метафазы II - 1n 1с.
Биологическое значение мейоза. Приводит к уменьшению числа хромосом вдвое, что обусловливает постоянство видов на Земле. Если бы число хромосом не уменьшалось, то в каждом последующем поколении происходило бы увеличение хромосом вдвое. Обеспечивает разнородность гамет по генному составу (в профазе может происходить кроссинговер, метафазе – свободное перекомбинирование хромосом). Случайная встреча половых клеток (=гамет) – сперматозоида и яйцеклетки с разным набором генов обусловливает комбинативную изменчивость. Гены родителей во время оплодотворения комбинируются, поэтому у их детей могут появиться признаки, которых не было у родителей. Число образующихся клеток - 4.
Митоз - способ непрямого деления соматических клеток.
Во время митоза клетка проходит ряд последовательных фаз, в результате которых каждая дочерняя клетка получает такой же набор хромосом, как и в материнской клетке.
Митоз делится на четыре основные фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Профаза - наиболее длительная стадия митоза, в процессе которой происходит конденсация хроматина, в результате чего становятся видны X-образные хромосомы, состоящие из двух хроматид (дочерних хромосом). При этом исчезает ядрышко, центриоли расходятся к полюсам клетки, и начинает формироваться ахроматиновое веретено (веретено деления) из микротрубочек. В конце профазы ядерная оболочка распадается на отдельные пузырьки.
В метафазе хромосомы выстраиваются по экватору клетки своими центромерами, к которым прикрепляются микротрубочки полностью сформированного веретена деления. На этой стадии деления хромосомы наиболее уплотнены и имеют характерную форму, что позволяет изучить кариотип.
В анафазе происходит быстрая репликация ДНК в центромерах, вследствие которой хромосомы расщепляются и хроматиды расходятся к полюсам клетки, растягиваемые микротрубочками. Распределение хроматид должно быть абсолютно равным, поскольку именно этот процесс обеспечивает поддержание постоянства числа хромосом в клетках организма.
На стадии телофазы дочерние хромосомы собираются на полюсах, деспирализуются, вокруг них из пузырьков формируются ядерные оболочки, а во вновь образовавшихся ядрах возникают ядрышки.
После деления ядра происходит деление цитоплазмы - цитокинез, в ходе которого и происходит более или менее равномерное распределение всех органоидов материнской клетки.
Таким образом, в результате митоза из одной материнской клетки образуется две дочерних, каждая из которых является генетической копией материнской (2n2c).
В больных, поврежденных, стареющих клетках и специализированных тканях организма может происходить несколько иной процесс деления - амитоз. Амитозом называют прямое деление эукариотических клеток, при котором не происходит образования генетически равноценных клеток, так как клеточные компоненты распределяются неравномерно. Он встречается у растений в эндосперме, а у животных - в печени, хрящах и роговице глаза.
Мейоз. Фазы мейоза
Мейоз - это способ непрямого деления первичных половых клеток (2n2с), в результате которого образуются гаплоидные клетки (1n1с), чаще всего половые.
В отличие от митоза, мейоз состоит из двух последовательных делений клетки, каждому из которых предшествует интерфаза. Первое деление мейоза (мейоз I) называется редукционным , так как при этом количество хромосом уменьшается вдвое, а второе деление (мейоз II) - эквационным , так как в его процессе количество хромосом сохраняется.
Интерфаза I протекает подобно интерфазе митоза. Мейоз I делится на четыре фазы: профазу I, метафазу I, анафазу I и телофазу I. В профазе I происходят два важнейших процесса - конъюгация и кроссинговер. Конъюгация - это процесс слияния гомологичных (парных) хромосом по всей длине. Образовавшиеся в процессе конъюгации пары хромосом сохраняются до конца метафазы I.
Кроссинговер - взаимный обмен гомологичными участками гомологичных хромосом. В результате кроссинговера хромосомы, полученные организмом от обоих родителей, приобретают новые комбинации генов, что обусловливает появление генетически разнообразного потомства. В конце профазы I, как и в профазе митоза, исчезает ядрышко, центриоли расходятся к полюсам клетки, а ядерная оболочка распадается.
В метафазе I пары хромосом выстраиваются по экватору клетки, к их центромерам прикреп ляются микротрубочки веретена деления.
В анафазе I к полюсам расходятся целые гомологичные хромосомы, состоящие из двух хроматид.
В телофазе I вокруг скоплений хромосом у полюсов клетки образуются ядерные оболочки, формируются ядрышки.
Цитокинез I обеспечивает разделение цитоплазм дочерних клеток.
Образовавшиеся в результате мейоза I дочерние клетки (1n2c) генетически разнородны, поскольку их хромосомы, случайным образом разошедшиеся к полюсам клетки, содержат неодинаковые гены.
Интерфаза II очень короткая, так как в ней не происходит удвоения ДНК, то есть отсутствует S-период.
Мейоз II также делится на четыре фазы: профазу II, метафазу II, анафазу II и телофазу II. В профазе II протекают те же процессы, что и в профазе I, за исключением конъюгации и кроссинговера.
В метафазе II хромосомы располагаются вдоль экватора клетки.
В анафазе II хромосомы расщепляются в центромерах и к полюсам растягиваются уже хроматиды.
В телофазе II вокруг скоплений дочерних хромосом формируются ядерные оболочки и ядрышки.
После цитокинеза II генетическая формула всех четырех дочерних клеток - 1n1c, однако все они имеют различный набор генов, что является результатом кроссинговера и случайного сочетания хромосом материнского и отцовского организмов в дочерних клетках.
Виды деления соматических клеток
Митоз – непрямое деление клетки, в результате которого образуются две клетки с равномерно распределенным генетическим материалом.
Амитоз – прямое деление клетки пополам, не обеспечивающее равномерного распределения генетического материала между дочерними клетками.
Эндомитоз – процесс удвоения ДНК, сопровождающийся кратным удвоением хромосом без деления цитоплазмы.
Политения – увеличение количества ДНК, без увеличения количества хромосом. Хромосомы приобретают гигантские размеры.
Клеточный цикл – это существования клетки от момента её образования путем деления материнской клетки до собственного деления или смерти.
Митотический цикл – комплекс событий, происходящих в процессе подготовки клетки к делению и на протяжении самого деления.
Биологическое значение митоза состоит в том, что в результате образуется две дочерние клетки с набором хромосом идентичным с набором родительской клетки. Фазы митоза˸ интерфаза (G - пресинтетический, S - синтетический, G - постсинтетический периоды), профаза, метафаза, анафаза, телофаза.
Хромосомы в делящейся клетке имеют форму прямых или изогнутых палочек. Каждую хромосому делит на два плеча первичная перетяжка, или центромера. В зависимости от места первичной перетяжки различают три типа хромосом˸ равноплечие, или метацентрические, неравноплечие, или субметацентрические и акроцентрические (с одним длинным и вторым очень коротким плечом). Некоторые хромосомы имеют вторичную перетяжку (ядрышковый организатор). В этом участке хромосомы в интерфазном ядре образуется ядрышко. Метафазная хромосома состоит из двух хроматид – спирально закрученных нитей, связанных между собой в сфере первичной перетяжки. Когда деление клетки завершается, хроматиды каждой хромосомы попадают в разные клетки и преобразуются в самостоятельные хромосомы. Главными химическими компонентами хромосом являются ДНК (примерно 40%) и белки (примерно 60%). В состав хромосом входят также РНК, липиды, углеводы, ионы металлов.
Число хромосом в клетках каждого вида организмов постоянно. Набор хромосом в половых клетках называется гаплоидным и обозначается латинской буквой n. Набор парных хромосом в соматических клетках называется диплоидным и обозначается 2n. Набор хромосом в клетках организмов, принадлежащих к одному виду, характеризуется определенными размерами, формой, числом и называется кариотипом. Все хромосомы в клетке можно разделить на две группы˸ аутосомы, или неполовые хромосомы, и половые хромосомы – гетерохромосомы. Гетерохромосомы определяют половые особенности организма. Кариотип человека представлен 46 хромосомами, из них 44 аутосомы и две половые хромосомы.
Виды деления соматических клеток - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Виды деления соматических клеток" 2015, 2017-2018.