3. Розподіл клітини

Здатність до поділу - це найважливіша властивість клітини. В результаті розподілу з однієї клітини виникають дві нові. Одна з основних властивостей життя – самовідтворення – проявляється вже на клітинному рівні. Найбільш поширеним способом поділу клітини є мітоз - непряме поділ клітини.

Мітоз - це процес утворення двох дочірніх клітин з набором хромосом, ідентичним вихідної материнської клітини. Мітотичний поділ призводить до збільшення числа клітин, забезпечує зростання організму, регенерацію чи заміну клітин у процесі їхнього старіння. У деяких організмів мітоз лежить в основі їх розмноження безстатевим шляхом.

Розподіл клітини і двох послідовних процесів: каріокінезу — розподілу ядра, чи власне мітозу, і цитокинеза — розподілу цитоплазми.

У процесі каріокінезу відбувається основна, найважливіша подія — перерозподіл хромосом, т. е. молекул ДНК, що забезпечує рівномірну передачу спадкової інформації між двома дочірніми клітинами.

У процесі цитокінезу здійснюється більш-менш рівномірний розподіл цитоплазми та її органоїдів між двома дочірніми клітинами. Однак ця подія не відбувається з такою точністю як процес каріокінезу. Події, що відбуваються в мітозі, можна побачити у світловому мікроскопі на фіксованих препаратах. Сучасні методи фазовоконтрастної мікроскопії та мікрофотозйомки дали можливість спостерігати цей процес у живій клітині.

В даний час клітинний цикл та мітоз вивчаються на окремих ізольованих клітинах. Клітинну популяцію, отриману від однієї вихідної материнської клітини, називають клоном.

Розглянемо докладно процеси, які у період поділу.

Мітоз складається з чотирьох послідовних фаз, які забезпечуютьрівномірний розподіл генетичної інформації та всіх органоїдів між двома дочірніми клітинами (рис. 5).

Профаза - перша, найтриваліша фаза мітозу. Перехід із фази G інтерфази в профазу мітозу відбувається поступово. Хроматин починає ущільнюватись, і формуються хромосоми. Вони максимально спіралізуються, товщають і стають добре помітними. Кожна хромосома складається із двох сестринських хроматид, що складаються з молекули ДНК. У цей період життєдіяльності клітини кількість хромосом у диплоїдній клітині становить 2n, а число молекул ДНК подвоєно і дорівнює 4с. Сестринські хроматиди з'єднані один з одним центроміром. Ядерна мембрана розсмоктується, ядерце розпадається, всі органоїди перестають відрізнятися у світловий мікроскоп.

Центріолі клітинного центру розходяться до полюсів, утворюючи веретено поділу, що складається з мікротрубочок. Мікротрубочки розташовуються навколо центріолей у вигляді зірки. Наприкінці профази ядерна мембрана зникає повністю.

Мал. 5. Стадії мітозу: 1 - профаза; 2 - метафаза; 3 - анафаза; 4 - телофаза

Мал. 6. Схема мітотичного веретена поділу у метафазі: 1 - хромосома; 2 - мікротрубочки веретена розподілі; 3 - зона перекривання мікротрубочок; 4 - центріолі

Метафаза. У другу стадію мітозу нитки веретена поділу з'єднуються з центромірами хромосом і перемішують в екваторіальну зону клітини. Наприкінці метафази всі хромосоми шикуються в одній екваторіальній площині. У цьому положенні вони утримуються мікротрубочками веретена поділу. Мікротрубочки пов'язані з центромірами хромосом. Вони забезпечують рух хромосом до екватора та їхнє вибудовування на рівній відстані від полюсів клітини (рис. 6).

Анафаза – досить коротка стадія. Сестринські хроматиди поділяються на місцяхцентроміри. Кожна центромір ділиться, і хромосома розпадається на дві сестринські хроматиди, які тепер стають окремими хромосомами. Починається рух сестринських хроматид - хромосом до полюсів клітини, які розтягуються нитками веретена поділу. У кожного полюса виявляється така ж кількість хромосом, яка була у вихідній материнській клітині.

Телофаза. В останню фазу каріокінезу відбувається формування нових ядер біля полюсів клітини. Хромосоми деспіралізуються, нитки веретена поділу зникають. Знову формується ядерце. Ця фаза завершується цитокінезом.

Процес розподілу ядра плавно перетворюється на процес розподілу цитоплазми. Клітинні органоїди рівномірно розподіляються по двох полюсах клітини. В екваторіальній частині плазматична мембрана утворює вп'ячування, яке втягується всередину клітини. Вважають, що цей процес пов'язаний з діяльністю мікротрубочок. У клітині утворюється борозна поділу - перетяжка з клітинної мембрани, яка поступово заглиблюється до центру клітини. Виникають дві нові дочірні клітини, ідентичні вихідній материнській.

Весь процес розподілу триває від кількох хвилин до трьох годин, залежно від типу клітин та організму. Мітоз у кілька разів за часом коротший за інтерфазу.

У рослинних та тваринних клітинах мітоз має ряд відмінностей. По-перше, у рослинних клітинах центріолі відсутні. По-друге, нитки веретена поділу зникають не повністю, а зберігаються в екваторіальній зоні, де за рахунок вмісту бульбашок апарату Гольджі утворюється клітинна пластинка. Розростаючись, вона зливається зі стінками вихідної клітини та поділяє материнську клітину на дві дочірні. Мембрани бульбашок йдуть на побудову нових клітинних мембран. Таким чином, вп'ячування та перетяжки тут не утворюється. За рахунок целюлознихволокон, які надають клітині міцність та еластичність, відбувається формування первинної клітинної стінки. Поступово у процесі зростання клітинна стінка змінюється, потовщується з допомогою відкладення целюлозних волокон. Вона набуває шаруватої структури, у ній утворюються пори, пронизані плазмодесмами.

Біологічний сенс мітозу полягає у забезпеченні сталості числа хромосом та ідентичності спадкової інформації новостворюваних клітин з вихідної материнської клітини. Мітоз забезпечує генетичну стабільність клітини.

Іноді зустрічається й інший вид поділу клітини – амітоз. Амітоз - це прямий розподіл ядра, без утворення хромосом і веретена поділу. У цьому спадкова інформація розподіляється нерівномірно. Амітоз зустрічається у деяких найпростіших, у клітинах спеціалізованих тканин (хрящі), у ракових клітинах.

Запитання для самоконтролю

1. Перерахуйте фази мітозу. Які процеси відбуваються у кожну фазу?

2. Яка фаза мітозу найбільш тривала? Чому?

3. Які структури в клітині забезпечують рівномірне розходження хромосом у мітозі? В яку фазу це відбувається?

4. Яким буде набір хромосом та кількість ДНК у кожній фазі мітозу, якщо число хромосом у вихідній клітині 2n, а кількість ДНК – 2c?

5. Чим каріокінез відрізняється від цитокінезу?

6. У чому біологічне значення мейозу?

7. У чому відмінність мітозу в рослинній та тваринній клітині?