27.1 Поділ клітини. Способи поділу

Клітина будь-якого організму здатна виникати з клітини. Збільшення числа клітин відбувається унаслідок їх поділу. Розрізняють три способи поділу клітин: амітоз (прямий поділ), мітоз (непрямий поділ), і мейоз (поділ гамет).

Амітоз - прямий поділ інтерфазного ядра шляхом утворення перетяжки без утворення хромосом і мітотичного циклу. Амітоз притаманний хворим і спеціалізованим клітинам, які можуть загинути.

Мітоз і мейоз відбувається чітко за мітотичним циклом клітини. Мітотичний цикл - це життя клітини від одного поділу до іншого, включаючи сам поділ і мають мітотичний або клітинний, цикл. Після закінчення поділу клітина вступає в інтерфазу, яка продовжується до початку наступного поділу і включає три періоди. (рис.27.1).

Рис.27.1.Клітинний цикл.

Пресинтитичний період - найтриваліший період інтерфази. У цей період відбуваються процеси біосинтезу. У ядрі на деспіралізованих хромосомах синтезуються усі форми РНК. У ядерці формуються рибосомальні субодиниці. На рибосомах утворюються білки і білки-ферменти. У хлоропластах і мітохондріях йде синтез АТФ і накопичення енергії. У цей період через синтез реалізується спадкова інформація. Кількість і склад білків визначається хромосомою ДНК. Білки-ферменти регулюють усі процеси у клітині.

Синтетичний період - під час якого синтезується ДНК. На кожній з ланцюгів деспіралізованих молекул ДНК добудовується комплементарний ланцюг. Синтез ДНК отримав назву редуплікація. Він відбувається під дією спеціальних розподільчих білків, які, рухаючись вздовж подвійної спіралі, розкручують її, а фермент ДНК - полімераза на кожній з ланцюгів ДНК з вільних нуклеотидів добудовує комплементарний їй другий ланцюг. Кількість хромосом в ядрі не змінюється. Процес редуплікації (самоподвоєння) молекул ДНК визначає можливість передачі спадковості у процесі послідовного поділу.

Постсинтетичний період - продовжується синтез білків і накопичення енергії. Закінчується підготовка до поділу, яким і завершується інтерфаза мітотичного циклу. У більшості клітин поділ у подальшому протікає по типу мітозу. За виключенням деяких особливостей, він однаковий як у тваринних, так і у рослинних клітин.

Тривалість мітозу від 2 до 8 годин і він займає 75 % часу всього мітотичного цикл, який властивий для соматичних (вегетативних) клітин і забезпечує збільшення їх кількості.

У безперервному процесі мітотичного поділу розрізняють чотири фази: профаза, метафаза, анафаза і телофаза. Їх можна бачити під мікроскопом.

Профаза - одна з найдовших фаз мітозу, під час якої відбувається перебудова всієї структури ядра для поділу. Ядро збільшується в об’ємі, в ньому стає помітним клубок товстих ниток - хромосом. Унаслідок спіралізації молекул ДНК хромосоми вкорочуються і потовщуються. На відміну від дуже довгих деспіралізованих інтерфазних хромосом, вони можуть пересуваються при поділі. До кінця профази можна побачити, що кожна хромосома поздовжньо поділена навпіл, хоча обидві половини (хроматиди) ще з’єднані центромерою. Постійно зникає ядерце, розчиняється ядерна оболонка. Починається формування ахроматинового веретена поділу, яке представляє собою систему протеїнових ниток (90% білка, РНК, полісахаридів), які розтягуються до полюсів клітини. У клітинах тварин, грибів і нижчих рослин клітинний центр ділиться, і групи центріоль розташовуються на полюсах клітин; від них і відходять нитки веретена.

Метафаза - для неї характерно максимальне вкорочення хромосом. Вони розташовуються в екваторіальній площині клітини. Саме у метафазі легко можна підрахувати число хромосом і побачити їх форму. У всіх клітинах, крім статевих, кількість хромосом завжди парне - 2n (диплоїдний набір). У кінці метафази закінчується формування ахроматинового веретена. Веретено складається з опорних ниток, що з’єднують полюси клітини, які тягнуть прикріплених до центромер хромосоми.

Анафаза - починається поділом центромери. Кожна з хроматид однієї хромосоми стає самостійною. Скорочення ниток ахроматинового веретена транспортує їх до протилежних полюсів клітини, унаслідок чого у кожного полюсу стає стільки ж хромосом, скільки їх було у материнській клітині, причому набір їх однаковий.

Телофаза - остання фаза мітозу. Хромосоми деспіралізуються, стають погано помітними. Індивідуальність кожної хромосоми вже важко побачити у світловий мікроскоп. На кожному полюсі клітини навколо хромосом утворюється ядерна оболонка і відновлюються ядерця. Цитоплазма клітини теж починає ділитися у екваторіальній площині. До кінця телофази замість однієї клітини виникає дві.

Кожна з нових утворених клітин отримує весь об’єм біохімічної і генетичної інформації, яку мала ядерна ДНК, і однакову кількість хромосом, таку яка була у материнської клітини. Біологічне значення мітозу полягає у тому, що він забезпечує чіткий розподіл між дочірніми клітинами материнських носіїв спадковості, які знаходяться у хромосомах. Саме цим забезпечується спадкова подібність дочірних клітин з материнською.

Мейоз - це єдиний, безперервний процес, який складається з двох послідовних поділів, яким передує одна інтерфаза. До початку мейозу у інтерфазному ядрі подвоюється кількість ДНК і хромосоми стають двохроматидними.

Перший мейотичний (редукційний) поділ

Профаза продовжується декілька годин або тижнів. Процеси підготовки до поділу дужне складні. Хромосоми спіралізуються. Гомологічні хромосоми зближаються і зв’язуються (кон’югують), утворюючи одну загальну структуру, яка складається з чотирьох хроматид двох гомологічних хромосом. У профазі зникає ядерна оболонка і ядерце, формується ахроматинове веретено.

У метафазі хромосоми збираються на екваторі клітини. До центромери кожної з них приєднується нитка ахроматинового веретена. Дві сестринські хромосоми не розділяються, тому у анафазі до полюсів направляються двохроматидні хромосоми.

Другий мейотичний поділ настає за першим, минаючи інтерфазу, проходить по типу мітозу. Два гаплоїдні ядра діляться синхронно (одночасно). Хромосоми у метафазі збираються на екваторі, розщеплюються на хроматиди, які у анафазі рухаються до полюсів. Наслідком є те, що з двох гаплоїдних клітин виникає чотири гаплоїдні.

При мейотичному поділу крім редукції кількості хромосом відбувається і їх перерозподіл (перекомбінація). Це пов’язано з тим, що у метафазі першого мейотичного поділу поєднання материнської і батьківської хромосом з однієї гомологічної пари до одного або іншого полюсу веретена поділу є випадковим. Крім, того при зближенні хромосом у подовженій по часу профазі першого мейотичного поділу іноді відбувається обмін між гомологічними ділянками гомологічних хромосом (кросинговер). (рис. 27.2.)

Рис. 27.2. Поділ клітини.

Життєвий цикл і диференціація клітин

Життєвий цикл клітини - це розвиток її від моменту виникнення унаслідок попереднього поділу до поділу на дві нові клітині або до смерті. У клітин, які постійно діляться (клітини твірної тканини) життєвий цикл співпадає з мітозом.

Диференціація клітин. У багатоклітинному організмі не всі клітини здатні до поділу. Більша частина тканин тварин і рослин складається з клітин, розвиток яких обмежується пресинтетичним періодом інтерфази. Вони спеціалізовані для виконання будь-якої функції, не пов’язані із збільшенням кількості клітин, тобто не пов’язані з мітозом.

Функціональні особливості і специфічні структури цих клітин набувають на ранніх стадіях розвитку. Процес спеціалізації клітин називають клітинною диференціацією. Процеси обміну протягом життя цих клітин призводять не до подвоєння їх ДНК, росту і поділу, а до синтезу ферментів і структур, за допомогою яких виконуються їх специфічні функції.

27.2.