Митоз (от гр. mitos - нить), или непрямое деление, - основной способ деления эукариотических клеток. Митоз - это деление ядра, которое приводит к образованию двух дочерних ядер, в каждом из которых имеется точно такой же набор хромосом, что и в родительском ядре. Вслед за делением ядра обычно следует деление самой клетки, поэтому часто термином «митоз» обозначают деление клетки целиком.
Митоз впервые наблюдали в спорах папоротников, хвощей и плаунов Г. Э. Руссов, преподаватель Дерптского университета в 1872 г. и русский ученый И. Д. Чистяков в 1874 г. Детальные исследования поведения хромосом в митозе были выполнены немецким ботаником Э. Страсбургером в 1876-1879 гг. на растениях и немецким гистологом В. Флеммингом в 1882 г. на животных.
Митоз представляет собой непрерывный процесс, но для удобства изучения биологи делят его на четыре стадии в зависимости от того, как выглядят в это время хромосомы в световом микроскопе. В митозе выделяют профазу, метафазу, анафазу и телофазу.
В профазе происходит укорочение и утолщение хромосом вследствие их спирализации. В это время хромосомы двойные состоят из двух сестринских хроматид, связанных между собой. Удвоение хромосом произошло в S-периоде интерфазы. Одновременно со спирализацией хромосом исчезает ядрышко и фрагментируется (распадается на отдельные цистерны) ядерная оболочка. После распада ядерной оболочки хромосомы свободно и беспорядочно лежат в цитоплазме.
В профазе центриоли (в тех клетках, где они есть) расходятся к полюсам клетки. В конце профазы начинает образовываться веретено деления , которое формируется из микротрубочек путем полимеризации белковых субъединиц.
Микротрубочки начинают формироваться со стороны центриолей.
В метафазе завершается образование веретена деления, которое состоит из микротрубочек двух типов хромосомных, которые связываются с центромерами хромосом, и центросомных (полюсных), которые тянутся от полюса к полюсу клетки. Каждая двойная хромосома прикрепляется к микротрубочкам веретена деления. Хромосомы как бы выталкиваются микротрубочками в область экватора клетки, т. е. располагаются на равном расстоянии от полюсов. Они лежат в одной плоскости и образуют так называемую экваториальную, или метафазную, пластинку . В метафазе отчетливо видно двойное строение хромосом, соединенных только в области центромеры. В этот период легко подсчитывать число хромосом, изучать их морфологические особенности.
В анафазе дочерние хромосомы с помощью микротрубочек веретена деления растягиваются к полюсам клетки. Во время движения дочерние хромосомы несколько изгибаются наподобие шпильки, концы которой повернут в сторону экватора клетки. Таким образом, в анафазе хроматиды удвоенных в интерфазе хромосом расходятся к полюсам клетки. В этот момент в клетке находятся два диплоидных набора хромосом.
В телофазе происходят процессы, обратные тем, которые наблюдаются в профазе: начинается деспирализация (раскручивание) хромосом, они набухают и становятся плохо видимыми под микроскопом. Вокруг хромосом у каждого полюса из мембранных структур цитоплазмы формируется ядерная оболочка, в ядрах возникают ядрышки. Разрушается веретено деления.
На стадии телофазы происходит разделение цитоплазмы (цитотомия) с образованием двух клеток В клетках животных плазматическая мембрана начинает впячиваться внутрь области, где располагался экватор веретена. В результате впячивания образуется непрерывная борозда, опоясывающая клетку по экватору и постепенно разделяющая одну клетку на две.
В клетках растений в области экватора из остатков нитей веретена деления возникает бочковидное образование - фрагмопласт . В эту область со стороны полюсов клетки устремляются многочисленные пузырьки комплекса Гольджи, которые сливаются друг с другом. Содержимое пузырьков образует клеточную пластинку, которая делит клетку на две дочерние, а мембрана пузырьков Гольджи образует недостающие цитоплазматические мембраны этих клеток. Впоследствии на клеточную пластинку со стороны каждой из дочерних клеток откладываются элементы клеточной оболочки.
В результате митоза из одной клетки возникают две дочерние клетки с тем же набором хромосом, что и в материнской клетке.
Биологическое значение митоза состоит, таким образом, в строго одинаковом распределении между дочерними клетками материальных носителей наследственности - молекул ДНК, входящих в состав хромосом. Благодаря равномерному распределению реплицированных хромосом происходит восстановление органов и тканей после повреждения. Митотическое деление клеток является также цитологической основой бесполого размножения организмов.
Непрямое деление клеток-эукариотов – содержащих ядро – называют митозом. В этой статье Вы узнаете, в чём заключается биологическое значение митоза, историю исследования данного процесса.
Стадии митоза
Индивидуальное развитие любого живого организма невозможно без процесса деления клеток. Уникальность митоза состоит в том, что во время деления диплоидной соматической клетки образуется две дочерние клетки, которые обладают одинаковой генетической информацией и имеют равное число хромосом. Другими словами сохраняется преемственность между поколениями клеток-эукариотов.
Весь процесс состоит из четырёх стадий:
- Профаза;
- Метафаза;
- Анафаза;
- Телофаза.
Рис. 1. Стадии митоза
В некоторых источниках можно найти развёрнутый список фаз митоза. Так, например, профазе предшествует препрофаза, так называемая подготовка к делению. А также между профазой и метафазой рассматривают этап прометафазы. Однако большинство учёных объединяют препрофазу, профазу и прометафазу в одну единую стадию - профазу.
История исследования процесса
Впервые упоминания о процессе деления клеток встречаются в научной литературе в 1870 году. Но эти описания были неполными и касались только лишь изменения поведения ядер внутри клетки.
Первые попытки исследовать данный процесс принадлежат русским учёным Руссову, Чистякову, а также немецкому учёному Шнейдеру.
ТОП-4 статьи которые читают вместе с этой
В 1879 году Шлейхер, немецкий учёный, предложил процесс клеточного деления назвать кариокинезом. Впервые понятие «митоз» ввёл немецкий учёный-гистолог В. Флемминг в начале 1880-х годов. Именно этот термин и стал общепринятым для названия процесса, который завершает разделение хромосом между дочерними клетками.
Рис. 2. Вальтер Флемминг
Биологическое значение митоза
Ключевой ролью митоза является копирование генетического кода и передача его последующим поколениям. Благодаря данному процессу в ядре поддерживается постоянное число хромосом, которое строго одинаково распределяется между дочерними клетками. С помощью митотического деления наращиваются клетки растительных тканей. У животных организмов митоз лежит в основе дробления оплодотворённого яйца и роста тканей.
Помимо этого биологическим смыслом митоза является:
- Развитие и рост живого организма ;
Благодаря этому процессу из одноклеточной зиготы развивается и растёт многоклеточный организм. Митоз является основой эмбрионального развития.
- Замена клеток ;
Некоторые участки тела в процессе жизнедеятельности требуют постоянной замены, например, клетки кожи, эпителий кишечника, эритроциты.
- Регенерация и восстановление ;
С помощью митоза некоторые организмы могут восстанавливаться из одной части тела. Например, морская звезда может восстановиться всего из одного своего луча. У ящерицы может отрасти новый хвост, у человека восстанавливаются участки кожи.
Рис. 3. Восстановление морской звезды
- Бесполое размножение ;
Данный процесс лежит в основе вегетативного размножения растений. У животных с помощью митоза размножается гидра. Новая особь образуется способом почкования, которое невозможно без деления и увеличения числа клеток.
Что мы узнали?
Процесс непрямого деления клеток-эукариотов, при котором копируется и сохраняется генетическая информация, называется митозом. Данный процесс проходит в 4 этапа: профаза, метафаза, анафаза и телофаза. Впервые учёные описали процесс деления клеток в 70-80-х годах XIX века. Термин «митоз» ввёл немецкий учёный Вальтер Флемминг. Биологическое значение митоза – обеспечить образование дочерних клеток с идентичной генетической информацией. Непрямое деление лежит в основе развития и роста всех живых организмов, восстановления и регенерации частей тела, а также бесполого размножения.
Митоз - это деление соматических клеток, а так же размножение и передача наследственной информации при бесполом размножение. Митозу предшествует фаза покоя или интерфаза. Длится она от несколько часов до нескольких суток. Митоз длится 2 - 2,5 часа и начинается с профазы. В результате митоза образуется из диплоидного набора клетки 2n, две абсолютно одинаковые клетки.
Значение митоза: рост организма, регенерация аргоновой ткани, вегетативное размножение.
Биологическая сущность митоза: Биологическое значение митоза заключается в том, что он обеспечивает постоянство числа хромосом во всех клетках организма. В процессе митоза происходит распределение ДНК хромосом материнской клетки строго поровну между возникающими из нее двумя дочерними клетками. В результате митоза все клетки тела, кроме половых, получают одну и ту же генетическую информацию. Такие клетки называются соматическими.
Значение митоза: Биологическое значение митоза состоит в строго одинаковом распределении хромосом между дочерними ядрами, что обеспечивает образование генетически идентичных дочерних клеток и сохраняет преемственность в ряду клеточных поколений
Билет. 28
Биоценоз, биотоп, биогеоценоз. Экосистема. Видовая и пространственная структура биоценоза.
Продуценты, консументы, редуценты
. Биоценоз -исторически сложившаяся совокупность растений, животных, микроорганизмов, населяющих участок суши или водоёма (биотоп) и характеризующихся определёнными отношениями как между собой, так и с абиотическими факторами окружающей среды.
Производители - автотрофные организмы, создающие органические. вещества из неорганических; осн. продуценты во всех Биоценоз.- зелёные растения. Деятельность продуцентов определяет исходное накопление органических веществ.
Потребители - гетеротрофные организмы, питающиеся за счёт автотрофных.
Восстановители - животные питающиеся разлагающими остатками организмов.
Биотоп: Это-участок земной поверхности (суши или водоема) с однотипными условиями среды, занятый определенным биоценозом (биоценоз - это все животные, растения, грибы и микроорганизмы, что заселяют определённый участок суши или акватории)
Самый обширный биотоп - это океаны и моря, есть еще тундра, пустыня, хвойный или лиственный лес и т.д.
Биогеоценоз: система, включающая сообщество живых организмов и тесно связанную с ним совокупность абиотических факторов среды в пределах одной территории, связанные между собой круговоротом веществ и потоком энергии. Представляет собой устойчивую саморегулирующуюся экологическую систему, в которой органические компоненты (животные, растения) неразрывно связаны с неорганическими (вода, почва).
Свойства биогеоценозов. Становление определенного биогеоценоза - это процесс, в ходе которого живые организмы разных видов адаптируются друг к другу, а также с условиями физической среды обитания. Во время развития биогеоценоза усложняется его структура, формируются такие качества, как целостность, устойчивость, способность к самовоспроизведению и саморегуляции.
Экосистема.
Экосистема – совокупность совместно обитающих разных видов организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи.
Видовая и пространственная структура биоценоза.
Видовая структура - число видов, образующих данный биоценоз, и соотношение их численности или массы. Показателями значимости каждого отдельного вида в видовой структуре биоценоза являются:
- обилие вида, т. е. число или масса особей данного вида на единицу площади или объема занимаемого ими пространства;
- частота встречаемости-процентное отношение числа проб или учетных площадок, где встречается вид, к общему числу проб или учетных площадок;
- степень доминирования-отношение числа особей данного вида к общему числу всех особей рассматриваемой группировки.
Пространственная структура биоценоза - это распределение организмов разных видов в пространстве (по вертикали и по горизонтали). Пространственная структура образуется прежде всего растительной частью биоценоза. Различают ярусность, или вертикальную структуру биоценоза, и мозаичность, или структуру биоценоза по горизонтали. Например в широколиственных лесах выделяется следующие ярусы: деревья первой величины - дуб, липа, вяз; второй величины - рябина, яблоня, груша; подлесок кустарниковый - крушина, жимолость, бересклет, высокие травы; более низкие травы.
Продуценты:
(автотрофные организмы или автотрофы) - организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических. ..
производители: они создают массу органического биологического вещества из различных неорганических соединений (в аквариумах - это растения).
Редуценты - возвращающий, восстанавливающий, организмы минерализующие мёртвое органическое вещество, т. е. разлагающие его до более или менее простых неорганических соединений; подавляющее большинство Редуценты - микроорганизмы, обитающие в почве, воде.
Средняя образовательная школа № 33 имени Кайрата Рыскулбекова
Открытый урок по биологии
Тема: « Митоз как основа бесполого размножения, его фазы. Биологическая сущность митоза.»
9 «В» класс
Учитель: Калиева А.А.
Семей -2013 -2014 учебный год.
Урок № 16, 9 «В» класс по биологии.
Дата: 24.10.2013г
Тема: Митоз как основа бесполого размножения, его фазы. Биологическая сущность митоза.
Цель :
Образовательная : сформировать на уроке представление о митозе, как непрямом способе деления клетки; изучить фазы митоза и его биологическую роль; на примере деления клетки показать отражение закона диалектики отрицание отрицания.
Развивающая : способствовать развития аналитического мышления и познавательного интереса учащихся, развивать память, внимание, наблюдательность; способствовать формированию у учащихся интеллектуальных умений.
Воспитательная : воспитывать гуманное отношение к природе; уважение к чужому труду; ответственность за результат учебного труда, чувство аккуратности и добросовестности.
Задачи:
Образовательные : сформировать умение отличать митоз от других способов деления клеток; различать фазы митоза по происходящим в них процессам; уметь воспроизводить их на бумаге; уметь применять полученные знания о митозе для объяснения значения этого процесса в жизни организмов.
Развивающие : развивать умение анализировать явления,делать сравнительный анализ разных фаз митоза делать логические выводы; развивать навык работы с текстовыми таблицами; развитие внимательности при поиске ошибок.
Воспитательные : стремиться формировать материалистическое мировоззрение; воспитывать умение общаться друг с другом;,; воспитывать познавательную самостоятельность и поддерживать интерес к предмету.
Оборудование : компьютер, интерактивное пособие по теме «Митоз» таблица « Митоз» , схематическое изображение разных фаз митоза, картинки смайликов.
Ход урока:
I . Организация начала занятия. (1-2 мин).
Подготовка учащихся к работе на занятии: приветствие; проверка готовности учащихся к занятию, быстрое включение их в деловой ритм.
II . Проверка выполнения домашнего задания (10- 15 мин).
Для начала немного повторим, вспомним,что мы уже знаем
Беседа по вопросам, которые необходимо вспомнить для изучения нового материала
Что вы знаете о делении клетки? (деление–это жизненное свойство клетки);
Что такое клеточный центр? (органоид, содержащий две центриоли, состоящих из микротрубочек);
Что такое ДНК? (хранитель наследственной информации);
Что такое редупликация ДНК? (удвоение молекул ДНК);
Что такое хромосомы? (органоиды – носители наследственной информации);
Что такое диплоидный набор хромосом? (двойной набор, характерный для соматических клеток);
Что такое гаплоидный набор хромосом? (одинарный, характерный для половых клеток).
В ходе беседы проводится работа по коррекции знаний.
Итак, вы успешно справились с вопросами, и мы переходим к изучению нового материала.
Сегодня мы с вами познакомимся с процессом деления клетки – митозом, узнаем, что такое жизненный цикл клетки.
Ребята, как вы думаете, какие качества должны быть присущи современному человеку, чтобы он мог добиться успеха? (трудолюбие, ответственность, целеустремлённость, профессионализм). Вы правы, все эти качества потребуются нам на сегодняшнем уроке.
Эпиграфом к нашему уроку мне хотелось бы взять слова немецкого поэта Г.Э.Лессинга
« Спорьте, заблуждайтесь, ошибайтесь, но, ради Бога, размышляйте, и хотя и криво, да сами » . (Слайд № 1)
Тема нашего урока : Митоз как основа бесполого размножения, его фазы. Биологическая сущность митоза. ( Слайд №2). (20 мин)
Цели урока:
Познакомиться с особенностями митоза и его биологической ролью в природе.
Раскрыть особенности протекания каждой фазы митоза.
Рассмотреть механизмы, обеспечивающие генетическую идентичность дочерних клеток. (слайд № 3)
III . Объяснение нового материала . (Слайд №4)
Один из способов бесполого размножения, изученных нами это, деление. В биологии процессы подчиняются законам философии. Мы с вами уже встречались с законом борьбы и единства противоположности, когда изучали катаболизм и анаболизм. А есть ещё другой закон - закон отрицание отрицания. Проросток отрицает семя, а новая клетка – старую. Деление – это увеличение числа клеток. (Открываю слайд с делящимися клетками), основа размножения и развития. Из одной старой большой дряхлой клетки в результате деления получается две молодые юные клетки, которые начинают расти, увеличиваться в размерах, выполнять свойственные им функции и, наконец, приступают к делению – заканчивается их жизненный цикл. Следовательно, жизненный цикл клетки или по-другому клеточный цикл это-
КЛЕТОЧНЫЙ ЦИКЛ – ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ СОБЫТИЙ ПРОИСХОДЯЩИХ МЕЖДУ ОБРАЗОВАНИЕМ КЛЕТКИ И ЕЁ СЛЕДУЮШИМ ДЕЛЕНИЕМ ИЛИ СМЕРТЬЮ . (Слайд № 5)
Существуют 3 стадии клеточного цикла: Слайд №6)
1.ИНТЕРФАЗА
2.МИТОЗ (КАРИОКИНЕЗ)
3.ЦИТОКИНЕЗ (ДЕЛЕНИЕ ЦИТОПЛАЗМЫ)
Начинается клеточный цикл с интерфазы. Это самая большая фаза. В ней происходят 3 важных этапа.
1.ИНТЕРФАЗА - это непосредственно жизнь клетки, во время которой клетка выполняет свойственные ей функции, ради чего появилась на свет, осуществляет клеточный метаболизм, биосинтез,проводит процессы транскрипции и трансляции, образует митохондрии, хлоропласты и др. клеточные органоиды. (прикрепляю схематическое изображение).
2. В конце интерфазы клетка начинает готовиться к делению. При этом происходит удвоение (репликация) ДНК, укорачивание нитей ДНК за счёт их спирализации. Ведь нить ДНК длиной ок. 2-х метров и она так компактно укладывается, что хромосомы уже становятся хорошо видимыми в световой микроскоп. (прикрепляю схематическое изображение)
А теперь давайте вспомним, сколько хромосом содержит человеческая клетка? 46. Следовательно, одна клетка содержит 46 хромосом, и разделившись, сколько хромосом будут содержать дочерние клетки?
23 23
Логично, но если каждая клетка разделится ещё пополам, то будет дробное число и т.д.
Значит, на макушке у на одно число хромосом, а на пятках другое? Вы согласны? Нет? А как же тогда выйти из положения? Как получить во всем организме одинаковое число хромосом не нарушая законов математики? (ребята высказывают свои предположения)
Остаётся только признать такую схему деления - не очень логичную, но зато правильную.
46 46
Тогда возникает вопрос?. А как же так может получиться? (Ученики высказывают свои предположения)
Это получается так потому, что митоз особенное - непрямое деление клетки.
МИТОЗ - это такое деление клеточного ядра, при котором образовавшиеся дочерние клетки имеют идентичные материнскому наборы хромосом. Митоз - это деление соматических клеток (клеток тела). (Слайд № 7)
Впервые митоз, как способ деления соматических клеток открыли в 1879г. Бовери и Флеминг.
Процесс включает 4 фазы.
Предлагаю вам в тетради написать такую таблицу.
Давайте схематично изобразим суть процесса. Я рисую на доске, а вы внимательно смотрите, и в тетрадях рисуете вместе со мной. Вы в таблицу записываете название фазы в первый столбик и особенности данной во второй.
(Слайд № 8)
1. Профаза. В первую фазу митоза ядерная оболочка разрушается, исчезает ядрышко, центриоли расходятся по полюсам клетки. Между ними натягиваются нити веретена деления. Каждая хромосома состоит из двух хроматид, соединённых перетяжкой –центромерой. Закончилась профаза. (Слайд № 9).
2.Метафаза . Хромосомы прикрепляются к нитям веретена деления своими перетяжками и выстраиваются по экватору клетки. (Слайд № 10).
3.Анафаза. Самая короткая. Нити веретена деления растягивают хроматиды в разные стороны. (Слайд № 11).
4.Телофаза. Фаза обратная профазе. Разошедшиеся хроматиды становятся хромосомами и начинают раскручиваться. Образуется ядерная оболочка, ядрышко. (Слайд № 12).
Процесс митоза заканчивается. Начинается цитокинез- деление цитоплазмы и органоидов.Продолжительность митоза 1.5 – 2 часа. У животных образуется перетяжка между клетками, а у растений срединная перегородка. Получаются 2 дочерние клетки.
А теперь сравните картинку телофазы и интерфазы: сравните количество хромосом и ответьте на вопрос. Какой процесс к этому привёл? (Удвоение хромосом в интерфазе). (Слайд № 13).
Показываю общую схему митоза на мониторе.
Биологический смысл митоза заключается в том, что все клетки одного организма имеют одинаковый набор хромосом.
Образовавшаяся в результате оплодотворения зигота начинает делиться митозом на равноценные клетки, давая начало новому организму, все клетки которого, несмотря на их разнообразие, имеют одинаковый, равноценный набор хромосом. Благодаря митозу осуществляется рост организма, регенерация органов, а также обуславливает сходство потомства с родителями из поколения в поколение.
(2 мин).
(Видео: Процесс деление клетки печени человека)
(Слайд № 14).
В процессе митоза происходит строго
одинаковое распределение точно
скопированных хромосом между дочерними клетками, что обеспечивает образование генетически идентично-одинаковых клеток. (Слайд № 15).
Ребята, урок заканчивается, давайте повторим с вами изученное и сделаем вывод:
(Слайд № 16).
Значение митоза:
В результате митоза возникают две дочерние клетки, содержащие столько же хромосом, сколько их было в ядре материнской клетки.
Благодаря митозу осуществляются процессы регенерации и замены отмирающих клеток. (Слайд № 17). (2 мин)
IV .Закрепление. (тест) (5 мин).
1. Отметьте неверный ответ.
Прививки используют для размножения растений, так как:
а) это более быстрый способ, чем выращивание из семян;
б) при этом сохраняется желаемый набор признаков;
в) образующиеся растения сочетают в себе признаки обоих родителей.
2. Что такое клеточный, или жизненный, цикл клетки?
а) жизнь клетки в период ее деления;
б) жизнь клетки от деления до следующего деления или до смерти;
в) жизнь клетки в период интерфазы.
3. Митоз – это основной способ деления:
а) половых клеток;
б) соматических клеток;
в) а + б.
4. В профазе митоза происходит:
а) удвоение содержания ДНК;
б) синтез ферментов, необходимых для деления клетки;
в) спирализация хромосом.
5. В анафазе митоза происходит расхождение:
а) дочерних хромосом;
б) гомологичных хромосом;
в) негомологичных хромосом;
г) органоидов клетки.
6. В какой из фаз митоза происходит утолщение (спирализация) хромосом, исчезает ядрышко, распадается ядерная оболочка, расходятся к полюсам центриоли и образуется веретено деления?
а) анафазе;
б) телофазе;
в) профазе;
г) метафазе.
7. Хромосомы расположены в одной плоскости в центре клетки (на экваторе). К каждой из них в области центромеры присоединены с двух сторон нити веретена. Это характерно для фазы митоза:
а) профазы;
б) метафазы;
в) анафазы;
г) телофазы.
8. Репликация происходит в
а) профазе;
б) метафазе;
в) интерфазе;
г) телофазе.
9. Деление центромер и расхождение хроматид к полюсам клетки происходит в:а) профазе;
б) метафазе;
в) анафазе;
г) телофазе.
10. Биологическое значение митоза заключается в:а) строго одинаковом распределении между дочерними клетками материала цитоплазмы и ядра
б) увеличении числа клеток
в) а + б
Ответы к тесту: 1– в; 2– б; 3– б; 4– в; 5– а; 6– в; 7– б; 8–в; 9–в; 10–в.
Критерии оценки : 100%–85% – 5, 84–75% – 4, 74–50% – 3, 49% –2.
Выставление оценок учащимся за урок
Теперь запишите домашнюю работу: п. 1 6 , заполнить таблицу в тетради до конца, соотнеся процессы фаз с их рисунками (Слайд № 18) (1 -2 мин).
Важнейшим компонентом клеточного цикла является митотический (пролиферативный) цикл. Он представляет собой комплекс взаимосвязанных и согласованных явлений во время деления клетки, а также до и после него. Митотический цикл - это совокупность процессов, происходящих в клетке от одного деления до следующего и заканчивающихся образованием двух клеток следующей генерации. Кроме этого, в понятие жизненного цикла входят также период выполнения клеткой своих функций и периоды покоя. В это время дальнейшая клеточная судьба неопределенна: клетка может начать делиться (вступает в митоз) либо начать готовиться к выполнению специфических функций.
Основные стадии митоза.
1.Редупликация (самоудвоение) генетической информации материнской клетки и равномерное распределение ее между дочерними клетками. Это сопровождается изменениями структуры и морфологии хромосом, в которых сосредоточено более 90% информации эукариотической клетки.
2.Митотический цикл состоит из четырех последовательных периодов: пресинтетического (или постмитотического) G1, синтетического S, постсинтетического (или премитотического) G2 и собственно митоза. Они составляют автокаталитическую интерфазу (подготовительный период).
Фазы клеточного цикла:
1) пресинтетическая (G1) (2n2c, где n-число хромосом, c- число молекул). Идет сразу после деления клетки. Синтеза ДНК еще не происходит. Клетка активно растет в размерах, запасает вещества, необходимые для деления: белки (гистоны, структурные белки, ферменты), РНК, молекулы АТФ. Происходит деление митохондрий и хлоропластов (т. е. структур, способных к ауторепродукции). Восстанавливаются черты организации интерфазной клетки после предшествующего деления;
2) синтетическая (S) (2n4c). Происходит удвоение генетического материала путем репликации ДНК. Она происходит полуконсервативным способом, когда двойная спираль молекулы ДНК расходится на две цепи и на каждой из них синтезируется комплементарная цепочка.
В итоге образуются две идентичные двойные спирали ДНК, каждая из которых состоит из одной новой и старой цепи ДНК. Количество наследственного материала удваивается. Кроме этого, продолжается синтез РНК и белков. Также репликации подвергается небольшая часть митохонд-риальной ДНК (основная же ее часть реплицируется в G2 период);
3) постсинтетическая (G2) (2n4c). ДНК уже не синтезируется, но происходит исправление недочетов, допущенных при синтезе ее в S период (репарация). Также накапливаются энергия и питательные вещества, продолжается синтез РНК и белков (преимущественно ядерных).
S и G2 непосредственно связаны с митозом, поэтому их иногда выделяют в отдельный период - препрофазу.
После этого наступает собственно митоз, который состоит из четырех фаз. Процесс деления включает в себя несколько последовательных фаз и представляет собой цикл. Его продолжительность различна и составляет у большинства клеток от 10 до 50 ч. При этом у клеток тела человека продолжительность самого митоза составляет 1-1,5 ч, G2-периода интерфазы - 2-3 ч, S-периода интерфазы - 6-10 ч.
Стадии митоза.
Процесс митоза принято подразделять на четыре основные фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу (рис. 1–3). Так как он непрерывен, смена фаз осуществляется плавно - одна незаметно переходит в другую.
В профазе увеличивается объем ядра, и вследствие спирализации хроматина формируются хромосомы. К концу профазы видно, что каждая хромосома состоит из двух хроматид. Постепенно растворяются ядрышки и ядерная оболочка, и хромосомы оказываются беспорядочно расположенными в цитоплазме клетки. Центриоли расходятся к полюсам клетки. Формируется ахроматиновое веретено деления, часть нитей которого идет от полюса к полюсу, а часть - прикрепляется к центромерам хромосом. Содержание генетического материала в клетке остается неизменным (2n4c).
Рис. 1. Схема митоза в клетках корешка лука
Рис. 2. Схема митоза в клетках корешка лука: 1- интерфаза; 2,3 - профаза; 4 - метафаза; 5,6 - анафаза; 7,8 - телофаза; 9 - образование двух клеток
Рис. 3. Митоз в клетках кончика корешка лука: а - интерфаза; б - профаза; в - метафаза; г - анафаза; л , е - ранняя и поздняя телофазы
В метафазе хромосомы достигают максимальной спирализации и располагаются упорядоченно на экваторе клетки, поэтому их подсчет и изучение проводят в этот период. Содержание генетического материала не изменяется (2n4c).
В анафазе каждая хромосома «расщепляется» на две хроматиды, которые с этого момента называются дочерними хромосомами. Нити веретена, прикрепленные к центромерам, сокращаются и тянут хроматиды (дочерние хромосомы) к противоположным полюсам клетки. Содержание генетического материала в клетке у каждого полюса представлено диплоидным набором хромосом, но каждая хромосома содержит одну хроматиду (4n4c).
В телофазе расположившиеся у полюсов хромосомы деспирализуются и становятся плохо видимыми. Вокруг хромосом у каждого полюса из мембранных структур цитоплазмы формируется ядерная оболочка, в ядрах образуются ядрышки. Разрушается веретено деления. Одновременно идет деление цитоплазмы. Дочерние клетки имеют диплоидный набор хромосом, каждая из которых состоит из одной хроматиды (2n2c).
Нетипичные формы митоза
К нетипичным формам митоза относятся амитоз, эндомитоз, политения.
1. Амитоз - это прямое деление ядра. При этом сохраняется морфология ядра, видны ядрышко и ядерная мембрана. Хромосомы не видны, и их равномерного распределения не происходит. Ядро делится на две относительно равные части без образования митотического аппарата (системы микротрубочек, центриолей, структурированных хромосом). Если при этом деление заканчивается, возникает двухъядерная клетка. Но иногда перешнуровывается и цитоплазма.
Такой вид деления существует в некоторых дифференцированных тканях (в клетках скелетной мускулатуры, кожи, соединительной ткани), а также в патологически измененных тканях. Амитоз никогда не встречается в клетках, которые нуждаются в сохранении полноценной генетической информации, - оплодотворенных яйцеклетках, клетках нормально развивающегося эмбриона. Этот способ деления не может считаться полноценным способом размножения эукариотических клеток.
2. Эндомитоз. При этом типе деления после репликации ДНК не происходит разделения хромосом на две дочерние хроматиды. Это приводит к увеличению числа хромосом в клетке иногда в десятки раз по сравнению с диплоидным набором. Так возникают полиплоидные клетки. В норме этот процесс имеет место в интенсивно функционирующих тканях, например, в печени, где полиплоидные клетки встречаются очень часто. Однако с генетической точки зрения эндомитоз представляет собой геномную соматическую мутацию.
3. Политения. Происходит кратное увеличение содержания ДНК (хромонем) в хромосомах без увеличения содержания самих хромосом. При этом количество хромонем может достигать 1000 и более, хромосомы при этом приобретают гигантские размеры. При политении выпадают все фазы митотического цикла, кроме репродукции первичных нитей ДНК. Такой тип деления наблюдается в некоторых высокоспециализированных тканях (печеночных клетках, клетках слюнных желез двукрылых насекомых). По-литенные хромосомы дрозофил используются для построения цитологических карт генов в хромосомах.
Биологическое значение митоза.
Оно состоит в том, что митоз обеспечивает наследственную передачу признаков и свойств в ряду поколений клеток при развитии многоклеточного организма. Благодаря точному и равномерному распределению хромосом при митозе все клетки единого организма генетически одинаковы.
Митотическое деление клеток лежит в основе всех форм бесполого размножения как у одноклеточных, так и у многоклеточных организмов. Митоз обусловливает важнейшие явления жизнедеятельности: рост, развитие и восстановление тканей и органов и бесполое размножение организмов.