ДЕЛЕНИЕ КЛЕТКИ
Известно, что клетки размножаются путем деления. При этом процессе ядро клетки не образуется из каких-нибудь других органелл и не возникает непосредственно в цитоплазме. Возникновение новых ядер всегда связано с делением уже существующих. Каждая из дочерних клеток должна нести в своем ядре полный и одинаковый объем наследственного вещества, точно такого же, какой содержится в ядре материнской клетки. Митоз Равное и полное распределение наследственного вещества между дочерними клетками обеспечивает специальный процесс деления ядра, называемый митозом. В общем мы можем определить митоз как универсальную форму деления ядра, в общих чертах сходную у растений и животных. Что мы можем наблюдать в процессе митоза? Во-первых, удвоение вещества хромосом, второе — изменение физического состояния и химической организации хромосом, третье — расхождение дочерних, точнее — сестринских, хромосом к полюсам клетки, и, наконец, последующее деление цитоплазмы и полное восстановление двух новых ядер. Таким образом, в митозе заложен весь жизненный цикл ядерных генов: удвоение, распределение и функционирование. В результате завершения митотического цикла новые клетки оказываются с равным наследством. Последовательность событий, происходящих между образованием данной клетки и ее делением на дочерние клетки, называют клеточным циклом. При делении ядро проходит пять последовательных стадий: интерфазу, профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Между двумя последовательными делениями клетки ядро находится в стадии интерфазы. В этот период оно имеет сетчатую структуру, образуемую хрома- тиновыми нитями, которые в следующей фазе формируются в хромосомы. Хотя интерфазу иначе называют фазой покоящегося ядра, на самом деле метаболические процессы в ядре в этот период совершаются с наибольшей активностью. Профаза — первая стадия подготовки ядра к делению. В профазе сетчатая структура ядра постепенно превращается в хромосомные нити. С самой ранней профазы можно наблюдать двойную природу хромосом. Это говорит о том, что в ядре именно в ранней или поздней интерфазе осуществляется наиболее важный процесс митоза — удвоение, или редупликация, хромосом, при котором каждая из материнской хромосом строит себе подобную — дочернюю. Вследствие этого каждая хромосома выглядит продольно удвоенной. Однако эти половинки хромосом, которые называются сестринскими хроматидами, удерживаются вместе одним общим участком — центромерой. В профазе хромосомы претерпевают процесс скручивания — спирализации по своей оси, что приводит к их укорочению и утолщению. Важно подчеркнуть, что в профазе каждая хромосома в кариолимфе располагается случайно. Существенным признаком окончания профазы является растворение оболочки ядра, в результате чего хромосомы оказываются в общей массе цитоплазмы и кариоплазмы. Этим заканчивается профаза, и клетка вступает в метафазу. Метафазой называют стадию окончания расположения хромосом на экваторе веретена. Характерное расположение хромосом в экваториальной плоскости называют экваториальной, или метафазной, пластинкой. Расположение хромосом по отношению друг к другу — чаще всего случайное. В метафазе хорошо выявляются число и форма хромосом. Каждая хромосома располагается так, что ее центромера находится точно в экваториальной плоскости. Все остальное тело хромосомы может лежать вне ее. Анафазой называют следующую фазу митоза. В ней делятся центромеры, и хроматиды, которые теперь уже можно называть дочерними хромосомами, расходятся к полюсам. При этом отталкиваются друг от друга в первую очередь центромерные участки, а затем расходятся к полюсам центромерами вперед и сами хромосомы. Причем расхождение хромосом в анафазе начинается одновременно — «как по команде» — и завершается очень быстро. В телофазе дочерние хромосомы деспирализуются и утрачивают видимость. Образуется оболочка ядра и само ядро. Ядро реконструируется в обратном порядке по сравнению с теми изменениями, которое оно претерпевало в профазе. В конце концов восстанавливаются и ядрышки, причем в том количестве, в каком они присутствовали в родительских ядрах. В это же время начинается симметричное разделение тела клетки. Этим митотический цикл заканчивается. Продолжительность митоза зависит от типа ткани, физиологического состояния организма, внешних факторов и длится от 30 мин. до 3 часов. Мейоз Мейоз, или редукционное деление, происходит у высших растений только при образовании спор полового размножения, из которых впоследствии сложным путем возникают половые клетки. Фазы мейотического деления похожи на фазы митотического деления. Существенной разницей между митозом и мейозом является то, что в начале мейоза гомологичные хромосомы сходятся — конъюгируют попарно, а впоследствии, — в анафазе, эти спаренные хромосомы расходятся к противоположным полюсам, тогда как при митозе хромосомы не сходятся попарно, а удваиваются и к полюсам расходятся их половинки. В результате мейоза число хромосом в клетке уменьшается вдвое, т. е. редуцирует, поэтому и деление это назвали редукционным. Половые клетки по сравнению с соматическими клетками тела имеют вдвое меньшее, так называемое гаплоидное (п), число хромосом. При оплодотворении, когда две половые клетки сливаются, число хромосом снова увеличивается вдвое, т. е. становится обычным, так называемым диплоидным (2п), характерным для данного вида. Мейоз включает в сущности два следующих друг за другом деления ядра, называемых соответственно первым и вторым мейотическим делением. В каждом из них можно выделить те же фазы, что и в обычном митозе. Рассмотрим ряд характерных деталей мейоза, которыми он отличается от митоза. В профазе мейоза происходит целый ряд закономерных изменений хроматиновых нитей. Это следующие стадии: 1. лептотена, во время которой в ядре формируется обычное, диплоидное число хромосомных нитей; 2. зиготена, во время которой гомологичные хромосомы притягиваются и видно их параллельное расположение; 3. синапсис, во время которого все хромосомы собираются в один клубок у оболочки ядра; 4. пахитена, во время которой клубок хромосом распутывается, парные хромосомы переплетаются, обвивают друг друга, утолщаются, образуют биваленты; 5. диплотена, во время которой спарившиеся, гомологичные хромосомы в бивалентах отталкиваются друг от друга (сначала начинают отталкиваться их центромеры), начинают расходиться и при этом разрываться и обмениваться частями; 6. диакинез, во время которого биваленты хромосом максимально укорачиваются и утолщаются и, наконец, начинает образовываться веретено, и профаза переходит в метафазу.
Рис.3. Изменения, происходящие с ядром при митозе (А) и мейозе (Б) После метафазы следуют анафаза и телофаза. Итак, в результате первого мейотического деления образуются два ядра с половинным, или гаплоидным, набором хромосом, поэтому первое деление мейоза называют редукционным. Во втором делении каждое дочернее ядро вновь делится, но митотическим путем. Поэтому второе деление называют уравнительным, или эквационным. Следовательно, из каждой клетки, вступившей в мейоз, после двух последовательных делений образуются четыре клетки с половинным числом хромосом. Необходимо четко представлять значение митоза и мейоза, их сходство и различия. В основе мейоза лежит воспроизведение хромосом и их расхождение при делении ядра, поэтому основой мейоза является митоз. Принципиальное отличие митоза от мейоза состоит в следующем: 1. в митозе каждый цикл деления ядра связан с одной репродукцией хромосом, в мейозе два деления связаны с одной репродукцией; 2. в митозе каждая хромосома репродуцируется, и в анафазе дочерние хромосомы расходятся к полюсам. При этом гомологичные хромосомы ведут себя независимо. В результате деления каждая дочерняя клетка получает полный набор хромосом с одинаковым содержанием генов. В мейозе каждая пара гомологичных хромосом в профазе конъюгирует, и в дочерних ядрах происходит уменьшение числа хромосом ровно вдвое, соответствующее числу бивалентов. При этом каждая пара гомологов расходится независимо от других пар; 3. в силу отсутствия конъюгации хромосом в митозе и наличия ее в мейозе в последнем имеет место продолжительная и сложно протекающая профаза. Мейоз был открыт русским ботаником Беляевым в 1891 году. Значение мейоза состоит не только в обеспечении постоянства числа хромосом у организмов из поколения в поколение. Благодаря случайному распределению случайных хромосом и обмену их отдельных участков в мейозе возникающие впоследствии гаплоидные половые клетки содержат разнообразнейшие сочетания хромосом. Амитоз Амитоз — это другой способ деления соматических клеток. Сущность его состоит в том, что ядро делится на две или более частей без каких-либо предшествующих изменений структуры. Вслед за перешнуровкой ядра следует деление цитоплазмы. При амитозе хромосомы распределяются между дочерними клетками неравномерно, поэтому не обеспечивается их биологическая равноценность. Но образовавшиеся клетки не теряют своей структурной организации.
|
