Клітинний цикл. Мітоз

Клітинний цикл – послідовність подій, які відбуваються між утворенням клітини і її поділом на дочірні клітини. Клітинний цикл складається з 3 основних фаз: інтерфази, мітозу (каріокінезу) і цитокінезу.

І. Інтерфаза – період, коли клітина росте, функціонує і не ділиться. У цей час синтезуються необхідні для росту і функціонування речовини. В кінці інтерфази відбувається реплікація (самоподвоєння) ДНК, після чого кожна хромосома складається із 2 хроматид, які сполучені центромерою (хромосоми не сформовані, а перебувають у вигляді хроматину).

ІІ. Мітоз (каріокінез) – процес поділу ядра, в результаті якого утворюється 2 дочірні ядра з наборами хромосом, що ідентичні хромосомному наборові материнського ядра.

Фази мітозу:

1. профаза – найтриваліша; хроматин спіралізується і конденсується – формуються двохроматидні хромосоми, видимі у мікроскоп; центріолі клітинного центру розходяться до протилежних полюсів клітини, між ними починає формуватись веретено поділу із мікротрубочок; ядерна оболонка руйнується і хромосоми виходять в цитоплазму;

2. метафаза – завершується формування веретена поділу; хромосоми прикріплюються своїми центромерами до ниток веретена і «ковзають» по них доти, доки не розташуються в екваторіальній площині клітини;

3. анафаза – найкоротша; кожна хромосома розділяється на дві хроматиди (центромера розщеплюється на дві частини); нитки веретена відтягують до полюсів окремі хроматиди, які тепер називаються хромосомами;

4. телофаза – хромосоми досягають полюсів клітини, деспіралізуються і переходять в стан хроматину, навколо них формуються ядерні оболонки; веретено поділу руйнується; центріолі реплікуються.

ІІІ. Цитокінез – процес розділення цитоплазми між двома дочірніми клітинами:

• у тварин цитоплазма материнської клітини перешнуровується за допомогою мікрофіламентів (при цьому кожна дочірня клітина оточується власною плазматичною мембраною);

• у рослин в екваторіальній частині материнської клітини з участю комплексу Гольджі формується серединна пластинка, біля якої добудовуються клітинні стінки дочірніх клітин (при цьому протопласт кожної дочірньої клітини оточується власною плазматичною мембраною).

Біологічне значення мітозу:

• у багатоклітинних організмів мітотичне збільшення кількості клітин забезпечує процеси росту, розвитку, регенерації втрачених чи пошкоджених частин тіла, заміщення відпрацьованих клітин (відновлення організму);

• у одноклітинних організмів мітотичний поділ є механізмом нестатевого розмноження.

МЕЙОЗ

Мейоз (редукційний поділ ядра) – процес поділу ядра з утворенням 4 дочірніх ядер, кожне з яких містить вдвічі менше хромосом, ніж вихідне ядро (кількість хромосом змінюється з диплоїдної (2n) до гаплоїдної (1n)).

Мейоз відбувається як два послідовні поділи. Кожен з них має 4 фази – профазу, метафазу, анафазу і телофазу (як і мітоз).

Інтерфаза перед першим поділом мейозу (інтерфаза-І) не відрізняється від інтерфази перед мітозом (клітина росте, синтезує необхідні речовини; відбувається реплікація ДНК, після чого хромосоми стають двохроматидними; хромосоми перебувають у вигляді хроматину). Інтерфаза перед другим поділом (інтерфаза-ІІ) коротка (у ній не відбувається реплікація ДНК) або відсутня.

І. Перший поділ мейозу:

1. профаза-І – найтриваліша; включає 5 стадій (лептотена, зиготена, пахітена, диплотена, діакінез):

• хроматин спіралізується і конденсується (найсильніша спіралізація відбувається навколо гістонів); сильно спіралізовані ділянки чергуються з менш спіралізованими (забарвлені хромосоми мають вигляд разків намиста);

• гомологічні хромосоми (парні, походять від материнського і батьківського організмів, однакові за формою, розміром, містять однакові набори генів) наближаються одна до одної і кон’югують («злипаються» по всій довжині); тепер пари гомологічних хромосом називаються бівалентами; біваленти ще більше вкорочуються і потовщуються (хроматин щільніше укладається);

• гомологічні хромосоми в бівалентах відштовхуються одна від одної, залишаючись з’єднаними в кількох точках – хіазмах;

• в кожній хіазмі відбувається обмін ділянками хроматид між гомологічними хромосомами – кросинговер (в хроматидах виникають нові генні комбінації – відбувається генетична рекомбінація);

• центріолі клітинного центру розходяться до протилежних полюсів клітини, між ними починає формуватись веретено поділу із мікротрубочок; ядерна оболонка руйнується і біваленти виходять в цитоплазму;

2. метафаза-І – завершується формування веретена поділу; біваленти прикріплюються центромерами гомологічних хромосом до ниток веретена (до кожної центромери підходить одна нитка) і розташовуються в екваторіальній площині клітини;

3. анафаза-І – кожний бівалент розділяється на дві двохроматидні хромосоми (центромери при цьому не розщеплюються на дві частини); нитки веретена відтягують хромосоми до полюсів клітини (хромосоми змінені внаслідок кросинговеру – їхні хроматиди неідентичні);

4. телофаза-І – хромосоми досягають полюсів клітини (тепер їхня кількість в одному наборі стала вдвічі менша), деспіралізуються і переходять в стан хроматину, навколо них формуються ядерні оболонки; веретено поділу руйнується; центріолі реплікуються; відбувається цитокінез-І (як при мітозі);

ІІ. Другий поділ мейозу – за своїм механізмом подібний до мітотичного поділу (різниця тільки в тому, що тут кількість хромосом гаплоїдна); також включає 4 фази: профазу-ІІ, метафазу-ІІ, анафазу-ІІ, телофазу-ІІ; вслід за поділом ядра відбувається цитокінез-ІІ.

У багатьох рослин не відбуваються телофаза-І, цитокінез-І та інтерфаза ІІ – клітина прямо переходить з анафази-І в профазу-ІІ.

В результаті мейозу утворюється 4 клітини, ядра яких містять гаплоїдний набір хромосом.

Біологічне значення мейозу:

• забезпечує у видів зі статевим розмноженням збереження з покоління в покоління сталої кількості хромосом (1n + 1n = 2n);

• відбувається при утворенні гамет у тварин і спор у рослин.