Митоз

Зачем нужен митоз?

Как видите, фазы митоза для ЕГЭ достаточно просто запомнить, если понять, какие процессы происходят в каждой из них. Теперь давайте обсудим, зачем вообще нужен митоз.

У вас прямо сейчас растут волосы и ногти? Обновляется кожный покров или клетки крови? Если вы живы, смело отвечайте «да». Значит прямо сейчас клетки каждого из нас делятся митозом — он необходим для процессов роста, развития и регенерации.

Представьте себе: вы приходите в гости и видите потрясающей красоты фиалку, вам очень хочется иметь такую же у себя дома. Как вы поступите? Можно оторвать листик, принести его домой и поставить в воду. Через некоторое время клетки начинают делиться митозом, у листа появляются придаточные корни, а еще через пару месяцев у вас будет своя красивая фиалка. Фактически вы клонировали растение! Половые клетки в этом не играли никакой роли, а вот соматические активно делились. Одно из значений митоза — бесполое размножение.

Так как в результате митоза образуются одинаковые диплоидные клетки, благодаря такому делению поддерживается единый набор хромосом в организме. Все соматические клетки одного организма содержат одинаковое количество хромосом. Например, и в клетке волоса, и в клетке глаза человека 46 хромосом.

Значение и функции митоза

Благодаря митозу обеспечивается генетическая стабильность: точное воспроизводство генетического материала в ряду поколений. Ядра новых клеток содержат столько же хромосом, сколько их содержала родительская клетка, и эти хромосомы являются точными копиями родительских (если, конечно, не возникли мутации). Другими словами, дочерние клетки генетически идентичны материнской.

Однако митоз выполняет и ряд других немаловажных функций:

рост многоклеточного организма,
бесполое размножение,
замещение клеток различных тканей у многоклеточных организмов,
у некоторых видов может происходить регенерация частей тела.

Фазы митоза:

Препрофаза (в клетках растений)

Препрофаза является дополнительной фазой во время митоза в клетках растений, которая не встречается у других эукариот, таких как животные или грибы. Она предшествует профазе и характеризуется двумя различными событиями.

Изменения, которые происходят в препрофазе:

Образование полосы препрофазы — плотного микротрубочного кольца под плазматической мембраной.
Начало зарождения микротрубочек в ядерной оболочке.

Профаза

В профазе хроматин конденсируется в дискретные хромосомы. Ядерная оболочка ломается, а веретено деления образуются на противоположных полюсах клетки. Профаза (по сравнению с интерфазой) является первым истинным шагом митотического процесса.

Изменения, которые происходят в профазе:

Хроматиновые волокна превращаются в хромосомы, имеющие по две хроматиды, соединенные в центромер. Волокна деления, состоящие из микротрубочек и белков, образуется в цитоплазме.
В клетках животных волокна деления первоначально появляется как структуры, называемые астерами, которые окружают каждую пару центриолей.
Две пары центриолей (сформированных из репликации одной пары в интерфазе) отходят друг от друга к противоположным полюсам клетки из-за удлинения микротрубочек, образующихся между ними.

Прометафаза

Прометафаза — фаза митоза после профазы и предшествующая метафазе в эукариотических соматических клетках. Некоторые источники относят процессы протекающие в прометафазе к поздней профазе и начальной стадии метафазы.

Изменения, которые происходят в прометафазе:

Ядерная оболочка распадается.
Полярные волокна, которые представляют собой микротрубочки, составляющие волокна веретена, перемещаются от каждого полюса до экватора клетки.
Кинетохоры, которые являются специализированными областями в центромерах хромосом, прикрепляются к типу микротрубочек, называемых кинетохорными нитями.
Нити кинетохора «взаимодействуют» с веретеном деления.
Хромосомы начинают мигрировать к центру клетки.

Метафаза

В метафазе полностью развиваются волокна деления, а хромосомы выравниваются на метафазной (экваториальной) пластине (плоскость, которая одинаково удалена от двух полюсов).

Изменения, которые происходят в метафазе:

Ядерная мембрана полностью исчезает.
В клетках животных две пары центриолей расходятся в противоположных направлениях к полюсам клетки.
Полярные волокна (микротрубочки, составляющие волокна веретена) продолжают распространяться от полюсов к центру. Хромосомы перемещаются случайным образом, пока не присоединяют (при помощи своих кинетохор) к полярным волокнам с обеих сторон центромеров.
Хромосомы выравниваются на метафазной пластине под прямым углом к полюсам веретена.
Хромосомы удерживаются на метафазной пластине равными силами полярных волокон, которые нажимают на их центромеры.

Анафаза

В анафазе парные хромосомы (сестринские хроматиды) отделяются и начинают двигаться к противоположным концам (полюсам) клетки. Волокна веретена, не связанные с хроматидами, вытягиваются и удлиняют клетку. В конце анафазы каждый полюс содержит полную компиляцию хромосом.

Изменения, которые происходят в анафазе:

Парные центромеры в каждой отдельной хромосоме начинают раздвигаться.
Как только парные сестринские хроматиды отделены друг от друга, каждая из них считается «полной» хромосомой. Они называются дочерними хромосомами.
При помощи веретена деления, дочерние хромосомы перемещаются к полюсам на противоположные концы клетки.
Дочерние хромосомы сначала мигрируют в центромер, а кинетохорные нити становятся короче, чем хромосомы вблизи полюсов.
При подготовке к телофазе два полюса клетки также отдаляются друг от друга во время анафазы. В конце анафазы каждый полюс содержит полную компиляцию хромосом.
Начинается процесс цитокинеза (разделение цитоплазмы исходной клетки), который завершается после телофазы.

Телофаза

В телофазе хромосомы достигают ядер новых дочерних клеток.

Изменения, которые происходят в телофазе:

Полярные волокна продолжают удлиняться.
Ядра начинают формироваться на противоположных полюсах.
Ядерные оболочки новых ядер образовываются из остатков ядерной оболочки материнской клетки и кусочков эндомембранной системы.
Появляются ядрышка.
Разматываются хроматиновые волокна хромосом.
После этих изменений телофаза и митоз в основном завершены, а генетическое содержание одной клетки поделено на две части.

Цитокинез — это разделение цитоплазмы клетки. Он начинается до конца митоза в анафазе и заканчивается вскоре после телофазы. В конце цитокинеза образуются две генетически идентичные дочерние клетки.

Митоз — непрямое деление

Митотический цикл

Митотический цикл включает 2 последовательных этапа: интерфазу и митотическое деление.

Интерфаза (стадия покоя) – подготовка клетки к дальнейшему разделению, где совершается дублирование исходного материала, с последующим его равномерным распределением между новообразованными клетками. Она включает 3 периода:

- Пресинтетический (G-1) G – от английского gar, то есть промежуток, идет подготовка к последующему синтезу ДНК, выработка ферментов. Экспериментально проводилось ингибирование первого периода, вследствие чего клетка не вступала в следующую фазу.
- Синтетический (S) — основа клеточного цикла. Происходит репликация хромосом и центриолей клеточного центра. Только после этого клетка может перейти к митозу.
- Постсинтетический (G-2) или премитотический период — происходит накопление иРНК, которая нужна для наступления собственно митотического этапа. В G-2 периоде синтезируются белки (тубулины) – основная составляющая митотического веретена.

После окончания премитотического периода начинается митотическое деление. Процесс включает 4 фазы:

Профаза – в этот период разрушается ядрышко, растворяется мембрана ядра (нуклеолема), центриоли располагаются на противоположных полюсах, формируя аппарат для деления. Имеет две подфазы:
- ранняя — видны нитеобразные тела (хромосомы), они еще не четко отделены друг от друга;
- поздняя — прослеживаются отдельные части хромосом.
Метафаза – начинается с момента разрушения нуклеолемы, когда хромосомы хаотично лежат в цитоплазме и только начинают двигаться к экваториальной плоскости. Между собой все пары хроматид связаны в месте центромеры.
Анафаза – в один момент разобщаются все хромосомы и движутся к противоположным точкам клетки. Это короткая и очень важная фаза, поскольку именно в ней происходит точный раздел генетического материала.
Телофаза – хромосомы останавливаются, снова образуется ядерная мембрана, ядрышка. Посередине образуется перетяжка, она делит тело материнской клетки на две дочерние, завершая митотический процесс. В новообразованных клетках снова начинается G-2 период.

Сходство и различия митоза и мейоза

Сходство мейоза и митоза, прежде всего, состоит в одинаковых стадиях, которые проходит клетка при этих процессах деления (профаза, метафаза, анафаза и телофаза), и эти процессы отличаются похожими схемами деления, если говорить об отдельных этапах. Перед и одним, и другим процессом наблюдается самоудвоение ДНК (так называемая редупликация), а также спирализация хромосом.

Различия митоза и мейоза прежде всего связаны с:

Областью протекания.

Мейоз обычно проходит в половых клетках, а областями прохождения митоза являются соматические клетки.

Числом повторов имеющихся фаз в процессе: в митозе это одна фаза, а в мейозе их две.
Мейоз характеризуется наличием таких процессов, как коньюгация и кроссинговер, благодаря которым обеспечиваются рекомбинации наследственных данных, а вот при митозе не наблюдается подобного.
Конечным результатом: при митозе образуется две диплоидных клетки, а результатом мейоза является четыре гаплоидных клетки, и число хромосом удваивается в интерфазе обоих процессов.

Мейоз обеспечивает образование четырех клеток и служит способом образования половых клеток, а вот митоз всего двух, и благодаря ему образуются все клетки организма. Митоз просто передает информацию от одной клетки к другой, а вот мейоз обеспечивает передачу данных между поколениями.

Количество хромосом, которые производятся в процессе митоза, не изменяется, и клетки при этом остаются диплоидными, а вот мейоз становится причиной уменьшения количества хромосом, и клетка становится обладателем гаплоидного набора хромосом.

Митоз обеспечивает образование клеток, которые, по-сути, являются полными копиями материнских, а вот мейоз является причиной создания клеток, которые не совпадают с материнской.

Задания на митоз в ЕГЭ по биологии

Задания на митоз в ЕГЭ по биологии встречаются и в первой, и во второй части. Каждое из таких заданий может принести вам от одного до трех баллов. Кстати, обязательно почитайте наш гайд для ЕГЭ по биологии 2021! Там мы рассказываем, какие задания и по каким темам вам могут встретиться.

Пример 1. В ядрах клеток слизистой оболочки кишечника позвоночного животного 36 хромосом. Какое число хромосом будет иметь ядро зиготы этого животного? В ответ запишите только соответствующее число.

Решение. Клетки слизистой оболочки кишечника — соматические, набор в них 2n. А что такое зигота? Это оплодотворенная яйцеклетка. В ней сливается гаплоидный набор сперматозоида и гаплоидный набор яйцеклетки, в результате набор становится диплоидным (2n). Соответственно, число хромосом в зиготе будет совпадать с набором в любой из соматических клеток. Ответ: 36.

Пример 2. Установите соответствие между процессами, происходящими на разных стадиях жизненного цикла клетки: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.

ПРОЦЕССЫ		СТАДИИ
А) ускоренный метаболизмБ) спирализация хромосомВ) удвоение количества органоидовГ) образование веретена деленияД) формирование экваториальной пластинкиЕ) репликация ДНК		1) интерфаза2) митоз

Решение. Вспомним, что интерфаза — это подготовительная стадия, которая проходит перед делением клетки, а митоз – непосредственно деление. В интерфазу происходит ускорение обмена веществ, удвоение ДНК и органоидов. Хромосомы спирализуются в профазу, тогда же образуется веретено деления. Хромосомы выстраиваются по экватору и формируют метафазную пластинку в метафазе.

Ответ: 121221

Пример 3. У крупного рогатого скота в соматических клетках 60 хромосом. Определите число хромосом и молекул ДНК в клетках печени перед началом деления и а анафазе митоза. Объясните полученные результаты на каждом этапе.

Решение. Набор хромосом и ДНК в соматической клетке 2n2c – 60 хромосом, 60 молекул ДНК.

Перед началом деления (в интерфазе) происходит репликация ДНК, набор 2n4c — 60 хромосом, 120 молекул ДНК. В анафазе набор 4n4с – 120 хромосом и 120 молекул ДНК, так как однохроматидные хромосомы расходятся к полюсам.

32.369. Митоз

Хромосомы: индивидуальность, парность, число

Во время деления клетки хорошо заметны хромосомы. При изучении хромосом разных видов живых организмов было обнаружено, что их набор строго индивидуален. Это касается числа, формы, черт строения и величины хромосом. Набор хромосом в клетках тела, характерный для данного вида растений, животных, называется кариотипом (Рис. 1).

Рис. 1. Диплоидный набор хромосом в клетке

В любом многоклеточном организме существует два вида клеток — соматические (клетки тела) и половые клетки, или гаметы. В половых клетках число хромосом в 2 раза меньше, чем в соматических. В соматических клетках все хромосомы представлены парами — такой набор называется диплоидным и обозначается 2n. Парные хромосомы (одинаковые по величине, форме, строению) называются гомологичными.

В половых клетках каждая из хромосом находится в одинарном числе. Такой набор называется гаплоидным и обозначается п.

Митоз. Подготовка клетки к делению

Наиболее распространенным способом деления соматических клеток является митоз. Во время митоза клетка проходит ряд последовательных стадий, или фаз, в результате которых каждая дочерняя клетка получает такой же набор хромосом, какой был у материнской клетки.

Во время подготовки клетки к делению — в период интерфазы (период между двумя актами деления) число хромосом удваивается. Вдоль каждой исходной хромосомы из имеющихся в клетке химических соединений синтезируется ее точная копия. Удвоенная хромосома состоит из двух половинок — хроматид. Каждая из хроматид содержит одну молекулу ДНК. В период интерфазы в клетке происходит процесс биосинтеза белка, удваиваются также все важнейшие структуры клетки (в т. ч. клеточный центр). Продолжительность интерфазы в среднем 10—20 ч. Затем наступает процесс деления клетки — митоз.

Фазы митоза

Во время митоза клетка проходит следующие четыре фазы: профаза, метафаза, анафаза, телофаза (рис. 2).

В профазе хорошо видны центриоли ― органоиды, играющие определенную роль в делении дочерних хромосом. Центриоли делятся и расходятся к разным полюсам. От них протягиваются нити, образующие веретено деления, которое регулирует расхождение хромосом к полюсам делящейся клетки. В конце профазы ядерная оболочка распадается, исчезает ядрышко, хромосомы спирализуются и укорачиваются.

Метафаза характеризуется наличием хорошо видимых хромосом, располагающихся в экваториальной плоскости клетки. Каждая хромосома состоит из двух хроматид и имеет перетяжку — центромеру, к которой прикрепляются нити веретена деления. После деления центромеры каждая хроматида становится самостоятельной дочерней хромосомой.

В анафазе дочерние хромосомы расходятся к разным полюсам клетки.

В последней стадии — телофазе — хромосомы вновь раскручиваются и приобретают вид длинных тонких нитей. Вокруг них возникает ядерная оболочка, в ядре формируется ядрышко.

В процессе деления цитоплазмы все ее органоиды равномерно распределяются между дочерними клетками. Весь процесс митоза продолжается обычно 1-2 ч.

Рис. 2. Схематические изображение основных стадий митоза: А – профаза, Б – метафаза, В – анафаза, Г – телофаза.

В результате митоза все дочерние клетки содержат одинаковый набор хромосом и одни и те же гены. Следовательно, митоз — это способ деления клетки, заключающийся в точном распределении генетического материала между дочерними клетками, обе дочерние клетки получают диплоидный набор хромосом.

Биологическое значение митоза

Биологическое значение митоза огромно. Функционирование органов и тканей многоклеточного организма было бы невозможно без сохранения одинакового генетического материала. Митоз обеспечивает такие важные процессы жизнедеятельности, как эмбриональное развитие, рост, поддержание структурной целостности тканей при полной утрате клеток в процессе их функционирования (замещение погибших эритроцитов, эпителия кишечника и пр.). восстановление органов и тканей после повреждения. Стоит отметить, что образование гамет у растений тоже происходит в процессе митоза (из гаплоидной споры образуются 2 гаплоидные гаметы).

Прочитано
Отметь, если полностью прочитал текст

Клеточный цикл

Клеточный цикл — это время от образования клетки до ее деления или гибели. Состоит из двух периодов — интерфазы и митоза. Интерфаза в свою очередь состоит еще из трех периодов: G₁ — пресинтетический, S — синтетический и G₂ — постсинтетический. На самом деле, такие периоды клеточного цикла только у одного типа клеток, но давайте сначала разберем классику. Последовательность периодов интерфазы:

Рисунок. Клеточный цикл.

Пресинтетический или постмитотический период — G1

Клетка только образовалась путем митоза, а значит ей нужно немного подрасти — восстановить свои органеллы (рибосомы и митохондрии), синтезировать белок и РНК. Митоз все-таки был затратным, часть белков была потрачена на образование новой клетки. Хромосомный набор 2n2c, подробнее о хромосомном наборе . Длительность G₁ периода интерфазы — 9 часов.

Синтетический период или S-период

В этом периоде клетка удваивает количество молекул ДНК и синтезирует гистоны — белки, которые упаковывают новообразованную молекулу ДНК. Но зачем ее упаковывать? Потому что они огромные!!! 46 молекул ДНК в одной клетке — это примерно два метра, а тут молекул 92, то есть в одной клетке целых четыре метра ДНК. Шок контент. Но я отвлекся, так вот — молекула ДНК упаковалась и стала хроматидой. По сути, это почти готовая хромосома, но она связана со второй хроматидой с помощью центромеры. Поэтому хромосомный набор — 2n4c. Длительность S-периода интерфазы — 10 часов.

Рисунок. Синтетический период интерфазы.

Постсинтетический период — G2

Клетка синтезирует тубулин. Запасает энергетические субстраты — АТФ. Созревают центриоли(они тоже удваиваются), вместе с тубулином они образуют веретено деления. Подготовка к делению идет полным ходом.

Дальше клетка вступает в митоз и мы его рассмотрим ниже, но перед этим… Нам нужно серьезно поговорить. Такая схема клеточного цикла подходит не всем клеткам, а только одному виду. Есть идеи почему? Да, правильно! У нас в организме множество клеток, очень разных по структуре и функциям. Какие-то делятся постоянно (стволовые клетки), а другие не делятся вообще (эритроцит — у него ведь даже ядра нет, какое там деление?). Значит у разных клеток — разные клеточные циклы. Дальше мы увидим, что такой рисунок подходит только одному типу клеток. Набор без изменений — 2n4c. Длительность G₂— периода интерфазы — 4,5 часа.

Типы клеточных циклов

Всего есть три варианта клеточных циклов, но у каждого есть свои особенности.

Митотический цикл

Здесь все просто, у клетки только одна задача — делиться. Зачем ей постоянно делиться? Затем, что ее последователи мрут как мухи.

Митотические клетки:

Гемопоэтические — нужно постоянно поддерживать количество эритроцитов, тромбоцитов и лейкоцитов в организме.
Клетки базального слоя эпидермиса.
Эпителиальные клетки кишечника.
Ещё так делятся сперматогонии и оогонии — они образуют множество диплоидных клеток, которые потом вступят в мейоз.

Для таких клеток подходит круг и все его периоды.

Клеточный цикл у условно постмитотических клеток

Клетка образовалась, восстановила свои органоиды, синтезировала белки и РНК — G₁ период. Дальше она дифференцируется и начинает выполнять свои функции. Клетка сохранила способность к делению, но есть один нюанс. Клетка может вступить в митотический цикл при определенном условии — чаще всего при повреждении. Эти клетки обеспечивают регенерацию тканей и органов в случае их травмы. Такие клетки:

Фибробласты
Гепатоциты
Лимфоциты
Стволовые клетки мышечной ткани и костной — эти просто “покоятся” и активируются при повреждении.

Схема. Клеточный цикл условно постмитотических клеток.

Клеточный цикл у постмитотических клеток

Клетка проходит через G₁ период и дифференцировку. Но такие клетки не могут делиться. Но почему? Тут несколько вариантов, но все они связанны с функцией клетки.

Первый вариант — клетка настолько преисполнилась в своем познании, что ей уже это не интересно. Шуточка, на самом деле эти клетки выполняют такие сложные функции, что им не до деления — нервные клетки, клетки сердечной мышцы и обычных мышц (правда тут не совсем клетки, а симпласты — клетки объединились и если мы на них посмотрим, то увидим одну цитоплазму и кучу ядер).

Второй вариант — чтобы клетка могла нормально выполнять свои функции ей пришлось чем-то пожертвовать. Эритроциту нужно переносить как можно больше кислорода, поэтому он избавился от ядра. Клетки всех слоев кожи, кроме базального — постепенно наполняются кератином и погибают, а все для защиты внутренней среды организма.

Схема. Клеточный цикл постмитотических клеток.

Вроде все, с клеточными циклами разобрались. Теперь можно переходить к митозу.

Стадии митоза

Исходя из морфологических особенностей, процесс деления распределяют на такие стадии:

Профаза;

На данном этапе ядро уплотняется, внутри него конденсируется хроматин, который закручивается в спираль, под микроскопом просматриваются хромосомы.

Под влиянием ферментов ядра его оболочки растворяются, хромосомы в этом периоде беспорядочно располагаются в цитоплазме. Позднее происходит разделение центриолей к полюсам, образовывается веретено деления клеток, нити которого крепятся к полюсам и к центромерам хромосом.

ТОП-4 статьи

которые читают вместе с этой

Перед стадией профазы у растительной клетки идёт подготовительная фаза – препрофаза. В чём заключается подготовка клетки к митозу можно понять на данном этапе. Для него характерными являются образование препрофазного кольца, фрагмосомы, а также нуклеация микротрубочек вокруг ядра.

Прометафаза;

На этом этапе хромосомы приходят в движение и направляются к ближайшему полюсу.

Во многих учебных пособиях препрофазу и прометофазу относят к стадии профазы.

Метафаза;

На начальном этапе хромосомы находятся в экваториальной части веретена, так что давление полюсов действует на них равномерно. В ходе данной стадии число микротрубочек веретена постоянно растёт и обновляется.

Хромосомы выстраиваются по одной вдоль экватора веретена в строгом порядке. Хроматиды постепенно отсоединяются и держатся за нити веретена.

Анафаза;

На этом этапе происходит удлинение хроматид, которые постепенно расходятся к полюсам, так как нити веретена сокращаются. Образуются дочерние или сестринские однохроматидные хромосомы.

По времени это самая короткая фаза. Сестринские хроматиды отходят к разным полюсам.

Телофаза;

Является последней фазой деления, когда хромосомы раскручиваются или деспирализуются, и формируется новая ядерная оболочка около каждого полюса. Нити, из которых состояло веретено, полностью разрушаются. На этом этапе делится цитоплазма.

Завершение последней стадии совпадает с разделением материнской клетки, которое называется цитокинезом. Именно от прохождения этого процесса зависит, сколько клеток образуется при делении, их может быть две и более.

Рис. 1. Стадии митоза

Этапы процесса деления

И митоз, и процесс мейоза в итоге дают различные результаты, но, несмотря на это, данные процессы в целом имеют много общего, и протекают лишь с небольшими отличиями на старте.

В науке принято выделять четыре (порой даже пять) этапов митоза и в целом восемь (или четыре, но повторяющихся) этапов мейоза.

На каждой стадии обоих этих процессов в клетке отмечается огромное количество изменений, однако все они отличаются весьма совпадающими (если не являющимися идентичными) моментами в каждой из таких фаз.

К этапам деления можно отнести:

Профаза, во время которой ядро подготавливается к процессу разделения.

В этот момент ядерная оболочка проходит этап разделения, разрушается и стартует конденсация хромосом. В центриоле клетки в этот момент формируется веретено деления, что значительно облегчает разделение хромосом на поздних сроках.

Метафаза, во время которой хромосомы для начала формируются на экваторе (в середине) клетки, а затем участвуют в процессе прикрепления к ним веретена деления, таким образом подготавливаясь к размножению.
Анафаза, во время которой обеспечивается непосредственно физическое расщепление клетки, при котором хроматиды раздвигаются и постепенно передвигаются в разные стороны клетки благодаря укорачиванию веретена деления.

Если говорить о митотической анафазе, то здесь процесс отделения проходят две одинаковых хроматиды, и поэтому каждая клетка получает идентичную генетику. А в анафазе мейоза сестринские хроматиды не разделяются, а пары хромосом просто переносятся на разные полюса.

Телофаза, представляющая собой заключительный этап деления, в которой большая часть того, что делалось в момент профазы, отменяется: веретено деления исчезает и образовывается ядерная оболочка.