Благодаря процессу деления клеток возможен рост и размножение организма. Генетический материал равномерно распределяется между дочерними клетками, что гарантирует передачу генокода. В биологии этот процесс называется митозом. На каждом этапе развития клетки в ней происходят изменения. В схеме фаз митоза выделяют четыре ключевые стадии.
Описание процесса деления
Митозом называется наиболее популярный способ клеточного деления. В процессе формируются две дочерние единицы, геномы которых идентичны исходнику. За счёт митоза осуществляется передача данных. Это самый короткий процесс из клеточного цикла, когда одна клетка умирает, а на её основе возникают две новые, хранящие внутри её память и развивающиеся по такому же принципу.
Наибольшая скорость митоза наблюдается в тех клетках, что только зародились, а наименьшая характерна тканям с высокой дифференциацией. Благодаря длительному процессу митоза в таких клетках деление практически невозможно. Ключевым моментом считается репликация ДНК, благодаря чему в каждую дочернюю единицу попадёт информация, идентичная той, которой обладает материнская. После этого каждая хромосома состоит из двух хроматид, идентичных между собой. По длине они сближены между собой и соединены в области центромеры.
Непрямой способ деления свойственен организмам эукариотам. Сам процесс по времени занимает около часа в зависимости от типа клетки — это приблизительно 10% от всего времени жизненного цикла. Но у делящейся меристемы корней это действие может затянуться до 10−16 часов. Для восстановления и деления эпителиальных клеток кишечника у мышей потребуется от 20 до 23 часов в среднем. Это касается периода интерфазы при продолжительности митоза до 1 часа.
Если сравнивать единицы клеточного уровня животных и растений, то в первом случае митоз длится намного меньше и занимает от 30 до 60 минут. У растений средняя продолжительность митоза составляет до 3 часов. Хотя в науке известны исключения с уменьшением этого периода в несколько раз. Что касается силы, то наибольшей интенсивности процесс достигает в дробящихся яйцеклетках (от 10 до 40 минут). Подготовка может начаться в период интерфазы благодаря синтезу белков и дупликации молекулы ДНК на синтетическом периоде.
Препрофаза и профаза
Весь клеточный цикл состоит из разных фаз, которые входят в отдельные процессы. Деление клетки состоит из четырёх этапов, первый из которых — препрофаза. В ней можно выделить несколько ключевых аспектов:
- Хромосомы начинают конденсироваться, запускается процесс нуклеации микротрубочек, которые находятся вокруг клеточного ядра.
- Ядра исчезают. В их оболочке начинается процесс распада.
- Формируются парные полюсы веретена деления.
Действие начинается с укорачивания хромосом, которые не только меняют длину, но и сильно утолщаются. Их можно увидеть в световой микроскоп. Далее начинается процесс распада ядерных белков. Центриоли клеточного центра расходятся к полюсам и формируют центры внутри микротрубочек.
Если у высших растений центриолей нет, микротрубочки все равно начинают процесс формирования. По форме появившаяся структура напоминает звезду, выход микротрубочек начинается не из малой, а из широкой области. После распада ядерной оболочки на мелкие вакуоли заканчивается препрофаза, начинается профаза.
После конденсации внутриядерного хроматина происходит многоуровневая спирализация ДНК и уплотнение хромосом. Действие будет происходить быстро за счёт повышения активности фосфорилаз, которые, в свою очередь, занимаются модифицированием гистонов, влияющих на расстановку элементов в ДНК. Этап формирования митотического веретена становится ещё активнее.
Прометафаза и метафаза
Здесь процессы идут последовательно, благодаря чему можно выделить несколько этапов. В прометафазе выделяется следующее:
- Хаотичное движение хромосом внутри цитоплазмы и процесс их соединения с микротрубочками.
- Начало активного движения в экваториальную плоскость основы клетки.
В учебниках по биологии на картинках и рисунках хромосомы двигаются хаотично, а вот их приближение к полюсам гарантирует упорядоченность. Формируется своего рода нить, которая потом прикрепится к кинетохоре. Это белковые образования, благодаря которым могут созревать сестринские хроматиды. Существуют разные виды микротрубочек, которые формируют основу клетки и помогают развиваться дочерним.
В метафазе уже образуется специальная пластинка, размещенная на экваторе клетки. Натяжение микротрубочек на разных полюсах помогает держаться хромосомам и хорошо балансирует силы. От вида клетки зависит морфология метафазной пластинки, у животных это более сложный тип за счёт чёткого размещения хромосом. Он характеризуется такими особенностями:
- Центромерные участки размещаются ближе к центру веретена.
- Плечи находятся ближе к периферии.
Что касается растительных клеток, то там хромосомы размещены без особого порядка. Эта фаза занимает значительную часть митоза и отличается стабильностью. После окончания этого этапа формируются чёткие сестринские хроматиды, соединение между которыми сохраняется в участках ближе к центру клетки.
Благодаря размещению плеч хроматид параллельно друг другу формируется ярко выраженная щель.
Анафаза и телофаза
Сестринские хроматиды разделяются, и полюса начинают отдаляться друг от друга, процесс деления близится к завершению. Анафаза считается самой короткой фазой, но благодаря ей хроматиды превращаются в самостоятельные хромосомы и крепятся к микротрубочке одного полюса. В телофазе движение хромосом полностью останавливается и начинается процесс деконденсации.
После этого появляются ядрышки, начинается восстановление оболочки вокруг, большинство микротрубочек могут исчезнуть. Этап деспирализации хромосом подходит к концу, они становятся нитевидными и длинными, микротрубочки разрушаются, возобновляется синтез РНК. Окончание телофазы продолжается активным разделением цитоплазмы.
Если сравнивать процесс цитокинеза у животных и растительных клеток, то в первых за счёт эластичности цитоплазматическая мембрана начинает засасываться внутрь. Если наблюдать за явлением под микроскопом, то может показаться, что материнская клетка делится перешнуровкой.
В растительной клетке процесс немного отличается, нити веретена не исчезают, а наоборот, их количество увеличивается, формируется фрагмопласт. В растительной клетке деление происходит намного дольше, оно не настолько активное, каждый этап может занимать достаточное количество времени. У животных за счёт ускоренного синтеза белка деление происходит быстрее, поэтому границы между этапами еле заметны, и одна фаза плавно перетекает в другую.
Анафазу и телофазу можно считать завершающими в плане размножения. После их окончания формируются две одинаково развитые хромосомы, обладающие тем же набором генетической информации, что и клетка-родитель, и готовые к дальнейшим процессам.
Основное значение и функции
Благодаря процессу митоза обеспечивается генетическая стабильность, то есть передача набора генетической информации от клетки к клетке, благодаря чему организм может развиваться и передавать свой генокод детям. Ядра новых клеток содержат такое же количество хромосом, что и родитель, это обеспечивает дальнейшую видовую принадлежность. Дочерние клетки полностью повторяют материнскую. Иногда бывают исключения, из-за влияния факторов среды или нарушения последовательности могут возникать мутации, которые приводят к отклонениям в дальнейшем развитии клетки.
Благодаря применению современных технологий в генной инженерии стало возможным не только детально изучать процессы размножения на клеточном уровне, но и влиять на них с целью предотвращения мутаций и улучшения качественных характеристик.
Митоз выполняет ряд важных функций, к которым относится:
- Развитие и рост многоклеточного организма.
- Возможность бесполого размножения.
- Различные ткани могут восстанавливаться за счёт деления клеток. Благодаря этому большинство видов может адаптироваться к влияниям окружающей среды и справляться с повреждениями, тем самым сохраняя генетическую информацию и передавая её дальше.
- Некоторые виды могут переживать процессы регенерации за счёт деления в клетках.
Помимо митоза, в организме животных и растений происходит большое количество процессов, которые в комплексе управляют жизнедеятельностью. Учёные генетики считают, что от функциональности на клеточном уровне зависит, будет ли вид в дальнейшем развиваться и сможет ли оставить потомство. Поэтому так важны сейчас исследования в генной инженерии и использование современных методик для анализа и регуляции действий на клеточном уровне.
