Способы деления клетки

представить себе увеличение числа одно­клеточных существ, развитие сложного многоклеточного орга­низма

из одной оплодотворенной яйцеклетки, возобновление клеток, тканей и даже органов, утраченных в процессе жизнедеятельности организма. Деление клеток осуществляется поэтапно. На каждом этапе деления происходят определенные процессы. Они приводят к уд­воению генетического материала (синтезу ДНК) и его распреде­лению между дочерними клетками. Период жизни клетки от од­ного деления до следующего называется клеточным циклом.

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 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.

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.

время хромосомы двойные состоят из двух сестринских хроматид, связанных между

собой. 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.

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 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.

клетки. Во время движения дочерние хромосомы несколько изгибаются на подобие

шпильки, концы которой повернуты в сторону экватора клетки. Таким образом, в анафазе хроматиды удвоенные в интерфазе хромосом расходятся к полюсам клетки. В этот момент в клетке находятся два диплоидных набора хромосом.

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 клеточных оболочек. 

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 цитологического размножения организмов.  В результате митоза из одной клетки возникают две дочерние с тем же набором хромосом, что и в материнской клетке. 

(уменьшение) числа хромосом вдвое. Впервые он был описан В. Флеммингом

в 1882 г. у животных и Э. Страсбургером в 1888 г. у растений. С помощью мейоза образуются гаметы. В результате редукции споры и половые клетки хромосомного набора в каждую гаплоидную спору и гамету по одной хромосоме из каждой пары хромосом, имеющихся в данной диплоидной клетке. В ходе дальнейшего процесса оплодотворения (слияния гамет) организм нового поколения получит опять диплоидный набор хромосом, т. е. кариотип организмов данного вида в ряду поколений остается постоянным.

в ряду поколений организмов данного вида при половом размножении. Мейоз включает

два быстро следующих одно за другим де­ления. Перед началом мейоза каждая хромосома реплицируется (удваивается в  периоде интерфазы). В течение некоторого времени две ее образовавшиеся копии остаются связанными друг с другом центромерой. Следовательно, в каж­дом ядре, в котором начинается мейоз, содержится эквивалент четырех наборов гомологичных хромосом (4с). Второе деление мейоза следует практически сразу за пер­вым, и синтез ДНК в промежутке между ними не происходит (т.е. по сути дела, между первым и вторым делением отсутствует интерфаза). Первое мейотическое (редукционное) деление приводит к образованию из диплоидных клеток (2n) гаплоидных клеток (n).

митозе, упаковка наследственного материала (спирализация хромосом). Одновременно происходит сближение гомологичных

(парных) хромосом своими одинаковыми участками -  конъюгация (событие, которое в митозе не наблюдается). В результате конъюгации образуются хромосомные пары -биваленты. Каждая хромосома, вступая в мейоз, как отмечалось выше, имеет удвоенное содержание наследственного материала и состоит из двух хроматид, поэтому бивалент состоит из 4 нитей. Когда хромосомы находятся в конъюгированном состоянии, продолжается их дальнейшая спирализация. При этом отдельные хроматиды гомологичных хромосом переплетаются, перекрещиваются между собой. В последующем гомологичные хромосомы несколько отталкиваются одна от другой.

разрыв, и как следствие в про­цессе воссоединения разрывов хроматид гомологичные

хромосомы обмениваются соответствующими участками. В результате хромосома, пришедшая к данному организму от отца, включает участок материнской хромосомы, и наоборот. Перекрест гомологичных хромосом, сопровождающийся обменом соответствующими участками между их хроматидами называется кроссинговером. После кроссинговера в дальнейшем расходятся уже измененные хромосомы, т. е с другим сочетанием генов. Являясь процессом закономерным, кроссинговер приводит каждый раз к обмену разными по величине участками и обеспечивает таким образом эффективную рекомбинацию материала хромосом в гаметах. Биологическое значение кроссинговера  велико, поскольку генетическая рекомбинация позволяет создавать новые, ранее не существовавшие комбинации генов и повышает выживаемость организмов в процессе эволюции.

хромосом, объединенных в биваленты. В результате нити, связанные с кинетохорами

гомологичных хромосом, устанавливают биваленты в плоскости экватора веретена деления. 

к полюсам клетки. При этом к каждому полюсу отходит гаплоидный

набор хромосом (каждая хромосома состоит из двух хроматид). 

в котором каждый вид хромо­сом представлен уже не парой, а

одной хромосомой, состоя­щей из двух хроматид. В короткой по продолжительности телофазе I восстанавливается ядерная оболочка, после чего материнская клетка делится на две дочерние. Таким образом, образование бивалентов при конъюгации гомологичных хромосом в профазе I мейоза создает условия последующей редукции числа хромосом. Формирование гаплоидного набора в гаметах обеспечивается расхождением в анафазе I не хроматид, как в митозе, а гомологичных хромосом, которые ранее были объединены в биваленты. Вслед за телофазой I деления следует короткая интерфаза, в которой ДНК не синтезируется, и клетки приступают к следующему делению, которое сходно с обычным митозом. 

и утолщаются. Центриоли, если они присутствуют, перемещаются к противоположным полюсам

клетки, появляются нити веретена деления. В метафазе II хромосомы выстраиваются в экваториальной плоскости. 

хромосом на хроматиды, так как происходит разрушение их связей в

области центромер. Каждая хроматида становится самостоятельной хромосомой. С помощью нитей веретена деления хромосомы растягиваются к полюсам клетки. 

завершающимся образованием из двух гаплоидных клеток четырех гаплоидных клеток. В

целом, после мейоза (I и II) из одной диплоидной клетки образуются 4 клетки с гаплоидным набором хромосом. Редукционное деление является, по сути, механизмом препятствующим непрерывному увеличению числа хромосом при слиянии гамет, без него при половом размножении число хромосом удваивалось бы в каждом новом поколении.

поколениях любого вида растений, животных и грибов. Другое важное значение мейоза

заключается в обеспечении чрезвычайного разнообразия генетического состава гамет, как в результате кроссинговера, так и в результате различ­ного сочетания отцовских и материнских хромосом при их независимом расхождении в анафазе I мейоза, что обеспечи­вает появление разнообразного и разнокачественного потом­ства при половом размножении организмов.