Методические указания Теоретические сведения

Все новые клетки образуются путем деления уже суще­ствующих. При этом весь материал делящейся (материн­ской) клетки равномерно распределяется между двумя но­выми (дочерними). Появление молодых дочерних клеток обеспечивает достаточно высокий уровень физиологиче­ских процессов в организме, поскольку у стареющих клеток он часто заметно снижается.

У одноклеточных организмов деление клеток является способом их размножения. Многоклеточный организм начинает свое развитие также с одной-единственной клетки. «Последовательные ее деления приводят к возникновению многочисленных новых клеток, которые дифференцируютcя и образуют различные структуры многоклеточного зародыша, а затем и взрослого организма.

В зависимости от специализации клетки заметно отли­чаются друг от друга по продолжительности жизни. Напри­мер, нервные клетки после завершения эмбрионального периода развития организма уже не делятся и функциони­руют на протяжении всей его жизни. Другие клетки, напри­мер костного мозга, эпителия, тонкого кишечника, корне­вого чехлика, эпидермиса, в процессе жизнедеятельности быстро разрушаются и поэтому в этих тканях клетки раз­множаются непрерывно. Скорость их размножения при развитии организма, а также локализация (размножения находятся под строгим генетическим контролем, определя­ющим возникновение характерной формы, свойственной представителям данного вида.

Деление клетки начинается с деления ядра. Существует три способа деления — митоз, амитоз и мейоз. В жизни организма эти три способа деления неравноценны. Основ­ным способом деления ядер и образования новых клеток является митоз. Путем митоза возникают все соматические (вегетативные) клетки живых организмов. Амитоз имеет ограниченное распространение. Мейоз связан с процессом размножения грибов, растений и животных и происходит в цикле развития каждого организма при образовании поло­вых клеток и спор.

Митоз, кариокинез, или непрямое деление, ядра, про­текает почти одинаково в клетках животных и растении и свидетельствует о том, что механизм митоза является ре­зультатом длительного процесса эволюции. Поскольку де­ление ядра обычно сопровождается клеточным делением, термин "митоз" часто употребляют в более широком значе­нии, имея в виду и сам митоз, и деление клетки, которое за ним следует.

Процесс развития клетки от начала деления до следую­щего деления называется митотическим или клеточным циклом, а период между двумя делениями — интерфазой.

Интерфаза предшествует делению клетки и является важным подготовительным периодом. В это время происходит прежде всего удвоение хромосом, в основе которого лежит способность молекул ДНК к репликации. Удвоившаяся хромосома состоит из двух одинаковых половинок (хроматид), соединенных в одной точке — центромере.

Кроме того, в интерфазе удваиваются центриоли кле­точного центра и другие органеллы, синтезируются АТФ, все формы РНК и белки, необходимые для построения митотического аппарата, или ахроматинового веретена. По­сле завершения процессов биохимической подготовки клет­ки к делению начинается митоз.

Митоз является непрерывным процессом, однако его условно разделяют на четыре стадии — профазу, метафазу, анафазу и телофазу, в зависимости от того, где располага­ются и как выглядят в этот период хромосомы в световом микроскопе, а также от физико-химического состояния цитоплазмы и ядра.

Профаза начинается с увеличения объема ядра. При этом нити хроматина укорачиваются и уплотняются бла­годаря спирализации, которая приводит к тому, что в ядре появляются короткие; хорошо видимые в световой микроскоп хромосомы. Каждая хромосома разделена в продольном направлении на две половины (хроматиды), соединенные центромерой. В профазе происходит расхождение сестринских центриолей к полюсам клетки. Между ними начинается формирование ахроматинового веретена.

К концу профазы исчезает ядрышко и растворяется ядерная оболочка, а хромосомы оказываются в цитоплаз­ме.

В метафазе спирализация хромосом достигает максимума, и укороченные хромосомы перемещаются к центру клетки, где они располагаются в одной плоскости, образуя экваториальную (метафазную) пластинку. В этот период легко подсчитать число хромосом, изучить их морфологи­ческие особенности.

В метафазе завершается формирование ахроматинового веретена, которое состоит из нитей двух типов — централь­ных (опорных) и хромосомных (тянущих). Опорные нити соединяют полюсы клетки между собой, а хромосомные нити — полюсы с центромерами хромосом. Митотический аппарат строится преимущественно из белков (тубулина, актина, миозина и др.).

Анафаза начинается с того, что центромеры делятся и хроматиды каждой хромосомы начинают расходиться к полюсам клетки. Предполагается, что этот процесс обеспе­чивается сокращением хромосомных нитей. Во время дви­жения хроматиды, которые уже можно назвать дочерними хромосомами, изгибаются наподобие шпильки, концы ко­торой повернуты в сторону экватора клетки. В конце ана­фазы у каждого полюса находится диплоидный набор хро­мосом.

В телофазе происходят процессы, обратные тем, кото­рые наблюдались в профазе: начинается деспирализация (раскручивание) хромосом. Они набухают и вокруг каждого набора хромосом образуется ядерная оболочка. Формиру­ются ядрышки. Вследствие этого возникают два дочерних ядра с таким же набором хромосом, какой имело ядро материнской клетки.

Телофаза обычно сопровождается делением цитоплаз­мы с образованием двух одноядерных клеток. В животных клетках цитоплазма делится путем кольцевидной перетяжки с образованием двух отдельных клеток. У растений посредине клетки при участии нитей веретена формируется плазматическая мембрана, которая распро­страняется к периферии, разделяя клетку пополам. После образования поперечной перегородки каждая дочерняя клетка рядом с ней строит со своей стороны целлюлозную клеточную стенку.

Продолжительность митоза зависит от вида организма, типа ткани, физиологического состояния клетки, внешних условий и колеблется от нескольких минут до 2—8 ч, занимая около 1/25 времени всего митотического цикла. При повышении температуры среды скорость деления ядра возрастает за счет более быстрого прохождения самых длительных профазы и телофазы.

Биологическое значение митоза заключается в строго равномерном распределении между дочерними клетка­ми материальных носителей наследственности — моле­кул ДНК, входящих в состав хромосом. Благодаря сохранению одинакового генетического материала у ма­теринской и дочерней клеток в ряду многочисленных клеточных делений обеспечивается их наследственное сходство.