La divisione cellulare mitotica viene eseguita come uno stereotipo. Mitosi delle cellule vegetali

Divisione cellulare mitotica

Il cucciolo cresce e aumenta di dimensioni grazie alla divisione delle cellule somatiche chiamate mitosi. La mitosi no divisione diretta cellula somatica quando si verificano cambiamenti complessi nel suo nucleo e nel citoplasma. Dopo la fecondazione (ovogamia) di un ovulo da parte di uno spermatozoo (fusione o copulazione dei gameti), a zigote(oocisti) è un nuovo organismo costituito da una sola cellula. Il processo di crescita e sviluppo di un nuovo organismo inizia dal momento della prima divisione mitotica di questa cellula (materna), quando da essa nascono due cellule figlie (più precisamente sorelle) del tutto simili ad essa, e continua fino alla morte

Fig. 1 Struttura cellulare

Durante il processo di mitosi si verifica:

1- raddoppio della sostanza cromosomica;

2- cambiare condizione fisica e organizzazione chimica dei cromosomi;

3- divergenza dei cromosomi fratelli ai poli della cellula;

4- successiva divisione del citoplasma e pieno recupero due nuclei in nuove cellule.

Deposto in mitosi ciclo vitale Geni nucleari: duplicazione, distribuzione e funzionamento. Viene chiamato il periodo tra le divisioni cellulari interfase, durante il quale si svolgono processi di vita attiva e preparazione per la divisione successiva. L'intero ciclo di cambiamenti che si verificano nella cellula

da una divisione all'altra viene chiamato ciclo mitotico. Quest'ultimo è costituito da due periodi principali: l'interfase e la mitosi stessa.

Come risultato della mitosi, una cellula produce due cellule con cromosomi identici. Pertanto, la mitosi garantisce la continuità e la costanza del numero e dell'insieme, cioè la specificità qualitativa dei cromosomi nelle generazioni successive di cellule in divisione (vedi Fig. 2).

Nell'interfase, il periodo che intercorre tra due successive divisioni cellulari, avviene la replicazione (autoduplicazione o autoduplicazione) del DNA nel nucleo, e quindi il numero di cromosomi presenti nella cellula (formazione di cromatidi fratelli tenuti insieme dal centromero, cioè , corpo che funziona come centro meccanico del cromosoma), nonché la despiralizzazione di quest'ultimo.

Nella metafase, o fase centrale della divisione nucleare, un cromosoma costituito da due cromatidi si trasforma in due cromosomi figli.

Riso. 2. Mitosi

1 - tre paia di cromosomi; 2 - replicazione dei cromosomi con formazione di cromatidi fratelli collegati al centromero; 3 - ai poli dell'involucro nucleare sono visibili centrosomi con raggi asterali, che si dirigono verso la regione centromerica dei cromatidi, allineati lungo l'equatore, per separare i centromeri dei cromatidi fratelli e spostarli su poli diversi; 4 - despiralizzazione dei cromosomi, ripristino della membrana nucleare e formazione di un setto cellulare con la formazione di due cellule figlie identiche alla madre con esattamente lo stesso numero di cromosomi che contiene

Nell'anafase si verificano la divisione e la divergenza dei cromosomi figli rispetto ai poli della cellula, cioè viene ripristinato il loro numero corretto. Nella telofase, la fase finale della divisione cellulare, i cromosomi assumono lo stesso aspetto che avevano prima dell'inizio della divisione, e la quantità di DNA in ciascun nucleo figlio è dimezzata rispetto alle fasi precedenti. Pertanto, entrambe le cellule figlie contengono quantità uguali citoplasma e set identici di cromosomi e sono pronti a subire la mitosi.

Non tutte le cellule somatiche del corpo si dividono costantemente. In corso sviluppo embrionale avviene la differenziazione di organi e tessuti, sviluppandosi lungo il proprio percorso specifico, geneticamente determinato. Pertanto, alcune cellule si trasformano in cellule cerebrali, altre in cellule del sangue, ecc. Inoltre, alcune di esse si dividono costantemente, mentre altre solo a un certo stadio di sviluppo o se necessario, essendo responsabili, ad esempio, della rigenerazione

processi (restaurativi).

La divisione cellulare è il punto centrale della riproduzione.

Durante il processo di divisione, da una cellula nascono due cellule. Sulla base dell'assimilazione di sostanze organiche e inorganiche, una cellula crea la propria cellula con struttura e funzioni caratteristiche.

Nella divisione cellulare si possono osservare due momenti principali: divisione nucleare - mitosi e divisione citoplasmatica - citocinesi o citotomia. L'attenzione principale dei genetisti è ancora focalizzata sulla mitosi, poiché dal punto di vista della teoria dei cromosomi il nucleo è considerato un “organo” dell'ereditarietà.

Durante il processo di mitosi si verifica:

1. raddoppio della sostanza cromosomica;
2. cambiamenti nello stato fisico e nell'organizzazione chimica dei cromosomi;
3. divergenza dei cromosomi figli, o meglio sorelle, ai poli della cellula;
4. successiva divisione del citoplasma e ripristino completo di due nuovi nuclei in cellule sorelle.

Pertanto, l'intero ciclo di vita dei geni nucleari è stabilito nella mitosi: duplicazione, distribuzione e funzionamento; Come risultato del completamento del ciclo mitotico, le cellule sorelle ottengono la stessa “eredità”.

Durante la divisione, il nucleo cellulare attraversa cinque fasi successive: interfase, profase, metafase, anafase e telofase; alcuni citologi identificano un altro sesto stadio: la prometafase.

Tra due successive divisioni cellulari il nucleo si trova nella fase interfase. Durante questo periodo il nucleo, durante la fissazione e la colorazione, presenta una struttura a rete formata dalla tintura di fili sottili, che nella fase successiva vengono formati in cromosomi. Sebbene l'interfase sia chiamata diversamente fase di un nucleo a riposo, sul corpo stesso, i processi metabolici nel nucleo durante questo periodo si verificano con la massima attività.

La profase è la prima fase di preparazione del nucleo alla divisione. In profase struttura a maglie il nucleo si trasforma gradualmente in fili cromosomici. Dalla prima profase anche in microscopio ottico si può osservare la duplice natura dei cromosomi. Ciò suggerisce che nel nucleo è nell'interfase precoce o tardiva che avviene il processo più importante della mitosi: il raddoppio, o la duplicazione, dei cromosomi, in cui ciascuno dei cromosomi materni ne costruisce uno simile, uno figlia. Di conseguenza, ciascun cromosoma appare raddoppiato longitudinalmente. Tuttavia, queste metà dei cromosomi, che vengono chiamate cromatidi fratelli, non divergono in profase, poiché sono tenuti insieme da un'area comune: il centromero; la regione centromerica si divide successivamente. Nella profase, i cromosomi subiscono un processo di torsione lungo il loro asse, che porta al loro accorciamento e ispessimento. Va sottolineato che nella profase ogni cromosoma della cariolinfa si trova in modo casuale.

Nelle cellule animali, anche nella tarda telofase o nell'interfase molto precoce, avviene la duplicazione del centriolo, dopodiché nella profase i centrioli figli iniziano a convergere verso i poli e le formazioni dell'astrosfera e del fuso, chiamate nuovo apparato. Allo stesso tempo, i nucleoli si dissolvono. Un segno essenziale della fine della profase è la dissoluzione della membrana nucleare, a seguito della quale i cromosomi finiscono nella massa generale di citoplasma e carioplasma, che ora forma il mixoplasma. Questo pone fine alla profase; la cellula entra in metafase.

IN Ultimamente Tra profase e metafase, i ricercatori hanno iniziato a distinguere uno stadio intermedio chiamato prometafase. La prometafase è caratterizzata dalla dissoluzione e scomparsa della membrana nucleare e dallo spostamento dei cromosomi verso il piano equatoriale della cellula. Ma a questo punto la formazione del fuso dell'acromatina non è ancora stata completata.

Metafase chiamato lo stadio di completamento della disposizione dei cromosomi all'equatore del fuso. La disposizione caratteristica dei cromosomi sul piano equatoriale è chiamata placca equatoriale o metafase. La disposizione dei cromosomi in relazione tra loro è casuale. Nella metafase, il numero e la forma dei cromosomi vengono rivelati chiaramente, soprattutto quando si esamina la placca equatoriale dai poli della divisione cellulare. Il fuso dell'acromatina è completamente formato: i filamenti del fuso acquisiscono una consistenza più densa rispetto al resto del citoplasma e si attaccano alla regione centromerica del cromosoma. Il citoplasma della cellula durante questo periodo ha la viscosità più bassa.

Anafase chiamata la fase successiva della mitosi, in cui i cromatidi si dividono, che ora possono essere chiamati cromosomi fratelli o figli, e divergono ai poli. In questo caso, prima di tutto, le regioni centromeriche si respingono a vicenda, quindi i cromosomi stessi divergono ai poli. Va detto che la divergenza dei cromosomi in anafase inizia simultaneamente - "come a comando" - e termina molto rapidamente.

Durante la telofase, i cromosomi figli despirano e perdono la loro apparente individualità. Si formano il guscio centrale e il nucleo stesso. Il nucleo viene ricostruito in ordine inverso rispetto ai cambiamenti che ha subito in profase. Alla fine, vengono ripristinati anche i nucleoli (o nucleoli), e nella stessa quantità in cui erano presenti nei nuclei genitori. Il numero di nucleoli è caratteristico di ciascun tipo di cellula.

Allo stesso tempo inizia la divisione simmetrica del corpo cellulare. I nuclei delle cellule figlie entrano nello stato interfase.

La figura sopra mostra un diagramma della citocinesi nelle cellule animali e vegetali. IN cellula animale la divisione avviene allacciando il citoplasma della cellula madre. In una cellula vegetale, la formazione di un setto cellulare avviene con aree di placche del fuso, che formano una partizione chiamata fragmoplasto sul piano equatoriale. Questo termina il ciclo mitotico. La sua durata dipende apparentemente dal tipo di tessuto, stato fisiologico corpo, fattori esterni (temperatura, regime luminoso) e dura da 30 minuti a 3 ore.Secondo vari autori, la velocità di passaggio delle singole fasi è variabile.

Sia interni che fattori esterni Gli ambienti che agiscono sulla crescita dell'organismo e sul suo stato funzionale influenzano la durata della divisione cellulare e le sue singole fasi. Poiché il nucleo svolge un ruolo enorme nei processi metabolici della cellula, è naturale ritenere che la durata delle fasi mitotiche possa variare in base allo stato funzionale del tessuto dell'organo. Ad esempio, è stato stabilito che durante il riposo e il sonno degli animali, l'attività mitotica di vari tessuti è molto più elevata che durante la veglia. In molti animali la frequenza delle divisioni cellulari diminuisce alla luce e aumenta al buio. Si presume inoltre che gli ormoni influenzino l'attività mitotica della cellula.

Le ragioni che determinano la disponibilità di una cellula a dividersi rimangono ancora poco chiare. Ci sono ragioni per suggerire diverse ragioni:

1. raddoppiando la massa del protoplasma cellulare, dei cromosomi e di altri organelli, a causa dei quali le relazioni nucleo-plasma vengono interrotte; Per dividersi, una cellula deve raggiungere un certo peso e volume caratteristici delle cellule di un dato tessuto;
2. raddoppiamento dei cromosomi;
3. secrezione di sostanze speciali da parte dei cromosomi e di altri organelli cellulari che stimolano la divisione cellulare.

Anche il meccanismo della divergenza cromosomica ai poli nell'anafase della mitosi rimane poco chiaro. Un ruolo attivo in questo processo sembra essere svolto dai filamenti del fuso, che rappresentano filamenti proteici organizzati e orientati da centrioli e centromeri.

La natura della mitosi, come abbiamo già detto, varia a seconda del tipo e stato funzionale tessuti. Le cellule di diversi tessuti sono caratterizzate da Vari tipi mitosi Nel tipo di mitosi descritto, la divisione cellulare avviene in modo uguale e simmetrico. Come risultato della mitosi simmetrica, le cellule sorelle sono ereditariamente equivalenti in termini sia di geni nucleari che di citoplasma. Tuttavia, oltre a quella simmetrica, esistono altri tipi di mitosi, vale a dire: mitosi asimmetrica, mitosi con citocinesi ritardata, divisione delle cellule multinucleate (divisione dei sincizi), amitosi, endomitosi, endoriproduzione e politenia.

Nel caso della mitosi asimmetrica, le cellule sorelle non sono uguali in termini di dimensioni, quantità di citoplasma e anche in relazione al loro destino futuro. Un esempio di ciò è la dimensione disuguale delle cellule sorelle (figlie) del neuroblasto della cavalletta, delle uova degli animali durante la maturazione e durante la frammentazione a spirale; quando i nuclei dei granuli di polline si dividono, una delle cellule figlie può dividersi ulteriormente, l'altra no, ecc.

La mitosi con citocinesi ritardata è caratterizzata dal fatto che il nucleo cellulare si divide molte volte e solo allora si divide il corpo cellulare. Come risultato di questa divisione, si formano cellule multinucleate come il sincizio. Un esempio di ciò è la formazione delle cellule dell'endosperma e la formazione di spore.

Amitosi chiamata fissione nucleare diretta senza la formazione di figure di fissione. In questo caso la divisione del nucleo avviene “allacciandolo” in due parti; a volte si formano più nuclei contemporaneamente da un nucleo (frammentazione). L'amitosi si verifica costantemente nelle cellule di numerosi tessuti specializzati e patologici, ad esempio in tumori cancerosi. Può essere osservato sotto l'influenza di vari agenti dannosi (radiazioni ionizzanti e alta temperatura).

Endomitosi Questo è il nome dato al processo in cui la fissione nucleare raddoppia. In questo caso, i cromosomi, come al solito, si riproducono in interfase, ma la loro successiva divergenza avviene all'interno del nucleo con conservazione dell'involucro nucleare e senza la formazione di un fuso di acromatina. In alcuni casi, sebbene la membrana nucleare si dissolva, i cromosomi non divergono ai poli, per cui il numero di cromosomi nella cellula si moltiplica anche di diverse decine di volte. L'endomitosi si verifica nelle cellule di vari tessuti sia di piante che di animali. Ad esempio, A.A. Prokofieva-Belgovskaya ha dimostrato che attraverso l'endomitosi nelle cellule di tessuti specializzati: nell'ipoderma del ciclope, nel corpo grasso, nell'epitelio peritoneale e in altri tessuti della puledra (Stenobothrus) - l'insieme dei cromosomi può aumentare di 10 volte . Questo aumento del numero di cromosomi è associato a caratteristiche funzionali tessuto differenziato.

Durante la politenia, il numero di filamenti cromosomici si moltiplica: dopo la duplicazione su tutta la lunghezza, non divergono e rimangono adiacenti l'uno all'altro. In questo caso, il numero di fili cromosomici all'interno di un cromosoma viene moltiplicato, di conseguenza il diametro dei cromosomi aumenta notevolmente. Il numero di fili così sottili in un cromosoma politenico può raggiungere 1000-2000. In questo caso si formano i cosiddetti cromosomi giganti. Con la politenia, tutte le fasi del ciclo mitotico vengono abbandonate, ad eccezione di quella principale: la riproduzione dei filamenti primari del cromosoma. Il fenomeno della politenia si osserva nelle cellule di numerosi tessuti differenziati, ad esempio nei tessuti ghiandole salivari Ditteri, nelle cellule di alcune piante e protozoi.

A volte si verifica una duplicazione di uno o più cromosomi senza alcuna trasformazione nucleare: questo fenomeno viene chiamato endoriproduzione.

Quindi, tutte le fasi della mitosi cellulare, i componenti, sono obbligatori solo per un processo tipico.

in alcuni casi, soprattutto in tessuti differenziati, il ciclo mitotico subisce cambiamenti. Le cellule di tali tessuti hanno perso la capacità di riprodurre l'intero organismo e l'attività metabolica del loro nucleo è adattata alla funzione del tessuto socializzato.

Conservano le cellule embrionali e meristematiche che non hanno perso la funzione di riprodurre l'intero organismo e appartenenti a tessuti indifferenziati ciclo completo mitosi, su cui si basa la riproduzione asessuata e vegetativa.

Le cellule di un organismo multicellulare sono estremamente diverse nelle funzioni che svolgono. In base alla loro specializzazione, le cellule hanno durate diverse vita. Ad esempio, nervoso e cellule muscolari dopo aver finito periodo embrionale gli sviluppi smettono di dividersi e di funzionare per tutta la vita dell'organismo. Cellule di altri tessuti - midollo osseo, epidermide, epitelio intestino tenue- nel processo di svolgimento della loro funzione, muoiono rapidamente e vengono sostituiti da nuovi a causa della continua riproduzione cellulare.

Pertanto, il ciclo di vita delle cellule nel rinnovamento dei tessuti include funzionalmente lavoro attivo e periodo di divisione. La divisione cellulare è alla base dello sviluppo e della crescita degli organismi, della loro riproduzione e garantisce anche l'autorinnovamento dei tessuti per tutta la vita dell'organismo e il ripristino della loro integrità dopo il danno.

La forma più comune di riproduzione cellulare negli organismi viventi è divisione indiretta, O mitosi. La mitosi è caratterizzata da complesse trasformazioni del nucleo cellulare, accompagnate dalla formazione di strutture cromosomiche specifiche. I cromosomi sono costantemente presenti nella cellula, ma durante il periodo tra due divisioni - interfase - si trovano in uno stato despiralizzato e quindi non sono visibili al microscopio ottico. Nell'interfase avviene la preparazione alla mitosi, che consiste principalmente nel raddoppio del DNA (riduplicazione). Viene chiamato l'insieme dei processi che si verificano durante la preparazione di una cellula per la divisione, nonché durante la mitosi stessa ciclo mitotico. La figura mostra che dopo il completamento della divisione, la cellula può entrare in un periodo di preparazione per la sintesi del DNA, indicato dal simbolo G1 . In questo momento, l'RNA e le proteine ​​vengono sintetizzati intensamente nella cellula e aumenta l'attività degli enzimi coinvolti nella sintesi del DNA. La cellula inizia quindi la sintesi del DNA. Le due eliche della vecchia molecola di DNA si separano e ciascuna diventa un modello per la sintesi di nuovi filamenti di DNA. Di conseguenza, ciascuna delle due molecole figlie include necessariamente una vecchia elica e una nuova. La nuova molecola è assolutamente identica a quella vecchia. Ciò ha un profondo significato biologico: in questo modo la continuità dell’informazione genetica viene preservata per innumerevoli generazioni di cellule.

La durata della sintesi del DNA nelle diverse cellule varia e varia da diversi minuti nei batteri a 6-12 ore nelle cellule dei mammiferi. Dopo il completamento della sintesi del DNA - fase S ciclo mitotico: la cellula non inizia immediatamente a dividersi. Il periodo che va dalla fine della sintesi del DNA all'inizio della mitosi è chiamato fase G2. Durante questo periodo, la cellula completa la preparazione per la mitosi: si accumula ATP, vengono sintetizzate le proteine ​​del fuso dell'acromatina e i centrioli raddoppiano.

Il processo di divisione cellulare mitotica stesso consiste di quattro fasi: profase, metafase, anafase e telofase.

IN profase il volume del nucleo e della cellula nel suo insieme aumenta, la cellula si arrotonda, diminuisce o si ferma attività funzionale(ad esempio, movimento ameboide nei protozoi e nei leucociti degli animali superiori). Spesso scompaiono strutture cellulari specifiche (ciglia, ecc.). I centrioli divergono a coppie verso i poli, i cromosomi si muovono a spirale e, di conseguenza, si addensano e diventano visibili. La lettura delle informazioni genetiche dalle molecole di DNA diventa impossibile: la sintesi dell'RNA si ferma e il nucleolo scompare. I filamenti del fuso di divisione sono allungati tra i poli della cellula: si forma un apparato che garantisce la divergenza dei cromosomi ai poli della cellula. Durante la profase, i cromosomi continuano a spiraleggiare, diventando spessi e corti. Alla fine della profase, la membrana nucleare si disintegra e i cromosomi appaiono sparsi in modo casuale nel citoplasma.

IN metafase la spiralizzazione dei cromosomi raggiunge il massimo e i cromosomi accorciati si precipitano verso l'equatore della cellula, situato ad uguale distanza dai poli. Si forma una placca equatoriale o metafase. In questa fase della mitosi, la struttura dei cromosomi è chiaramente visibile, è facile contarli e studiarne le caratteristiche individuali.

Ogni cromosoma ha una regione di costrizione primaria: il centromero, a cui sono attaccati il ​​filo del fuso e le braccia durante la mitosi. Nella fase metafase, il cromosoma è costituito da due cromatidi, collegati tra loro solo nel centromero.

Tutte le cellule somatiche di qualsiasi organismo contengono un numero di cromosomi rigorosamente definito. In tutti gli organismi appartenenti alla stessa specie, il numero di cromosomi nelle cellule è lo stesso: nella mosca domestica - 12, nella Drosophila - 8, nel mais - 20, nelle fragole - 56, nei gamberi - 116, nell'uomo - 46 , negli scimpanzé , scarafaggio e pepe - 48. Come si può vedere, il numero di cromosomi non dipende dall'altezza dell'organizzazione e non sempre indica una relazione filogenetica. Il numero di cromosomi non serve quindi come caratteristica specie-specifica: la totalità delle caratteristiche del corredo cromosomico (cariotipo) - forma, dimensione e numero di cromosomi - è caratteristica di una sola specie di pianta o animale.

Il numero di cromosomi nelle cellule somatiche è sempre accoppiato. Ciò si spiega con il fatto che in queste cellule sono presenti due cromosomi della stessa forma e dimensione: uno proviene dall'organismo paterno, l'altro da quello materno. I cromosomi che sono identici per forma e dimensione e portano gli stessi geni sono detti omologhi. Viene chiamato l'insieme cromosomico di una cellula somatica, in cui ciascun cromosoma ha una coppia Doppio, O insieme diploide, ed è indicato con 2n. La quantità di DNA corrispondente all'insieme diploide dei cromosomi è designata come 2c. Da ogni coppia di cromosomi omologhi, solo uno entra nelle cellule germinali, quindi viene chiamato l'insieme cromosomico dei gameti separare O aploide.

Studiare i dettagli della struttura cromosomica della piastra metafase è molto Grande importanza per la diagnosi di malattie umane causate da anomalie nella struttura dei cromosomi.

IN anafase la viscosità del citoplasma diminuisce, i centromeri si separano e da questo momento i cromatidi diventano cromosomi indipendenti. I fili del fuso attaccati ai centromeri tirano i cromosomi verso i poli della cellula, mentre i bracci cromosomici seguono passivamente il centromero. Pertanto, in anafase, i cromatidi dei cromosomi raddoppiati in interfase divergono esattamente ai poli della cellula. In questo momento, la cellula contiene due serie diploidi di cromosomi (4n4c).

Nella fase finale - telofase - i cromosomi si srotolano e despirano. L'involucro nucleare è formato dalle strutture della membrana del citoplasma. Negli animali la cellula viene divisa in due cellule più piccole mediante la formazione di una costrizione. Nelle piante, la membrana citoplasmatica nasce al centro della cellula e si estende fino alla periferia, dividendo la cellula a metà. Dopo la formazione della trasversale membrana citoplasmatica le cellule vegetali sviluppano una parete di cellulosa. Pertanto, da una cellula si formano due cellule figlie, nelle quali l'informazione ereditaria copia esattamente l'informazione contenuta nella cellula madre. A partire dalla prima divisione mitotica di un ovulo fecondato (zigote), tutte le cellule figlie risultanti dalla mitosi contengono lo stesso corredo di cromosomi e gli stessi geni. Pertanto, la mitosi è un metodo di divisione cellulare che comporta la distribuzione precisa del materiale genetico tra le cellule figlie.

Come risultato della mitosi, entrambe le cellule figlie ricevono un set diploide di cromosomi.

La mitosi è inibita dall'alta temperatura dosi elevate radiazioni ionizzanti, l'azione dei veleni vegetali. Uno di questi veleni, la colchicina, è utilizzato in citogenetica: può essere utilizzato per fermare la mitosi nella fase della placca metafase, il che rende possibile contare il numero di cromosomi e conferire a ciascuno di essi una caratteristica individuale, cioè eseguire cariotipo.

Tavolo Ciclo mitotico e mitosi ( T.L. Bogdanov. Biologia. Compiti ed esercizi. Una guida per i candidati alle università. M., 1991 )

		Processo che avviene nella cellula
Interfase (fase tra le divisioni cellulari)	Periodo presintetico	Sintesi proteica. L'RNA è sintetizzato su molecole di DNA despiralizzate
	Periodo sintetico	La sintesi del DNA è l’autoduplicazione di una molecola di DNA. Costruzione del secondo cromatide nel quale passa la molecola di DNA appena formata: si ottengono i cromosomi bicromatidi
	Periodo postsintetico	Sintesi proteica, accumulo di energia, preparazione alla divisione
	Profase (prima fase della divisione)	I cromosomi bicromatici si muovono a spirale, i nucleoli si dissolvono, i centrioli si separano, l’involucro nucleare si dissolve, si formano i filamenti del fuso
Fasi della mitosi	Metafase (fase di accumulo dei cromosomi)	I filamenti del fuso sono attaccati ai centromeri dei cromosomi; i cromosomi bicromatidi sono concentrati all'equatore della cellula
	Anafase (fase di segregazione cromosomica)	I centromeri si dividono, i cromosomi monocromatici vengono allungati dai filamenti del fuso fino ai poli cellulari
	Telofase (fase di fine divisione)	I cromosomi monocromatici despirano, si forma un nucleolo, la membrana nucleare viene ripristinata, una partizione tra le cellule inizia a formarsi all'equatore e i filamenti del fuso si dissolvono

Caratteristiche della mitosi nelle piante e negli animali

Tempo dall'uno all'altro. Si svolge in due fasi successive: interfase e divisione stessa. La durata di questo processo varia e dipende dal tipo di cellula.

L'interfase è il periodo tra due divisioni cellulari, il tempo dall'ultima divisione fino alla morte della cellula o alla perdita della capacità di dividersi.

Durante questo periodo, la cellula cresce e raddoppia il suo DNA, così come i mitocondri e i plastidi. Anche altri passano attraverso l'interfase composti organici. Il processo di sintesi avviene più intensamente nel periodo sintetico dell'interfase. In questo momento, i cromatidi nucleari raddoppiano, si accumula energia che verrà utilizzata durante la divisione. Aumenta anche il numero di organelli cellulari e centrioli.

L'interfase occupa quasi il 90% ciclo cellulare. Successivamente, avviene la mitosi, che è il principale metodo di divisione cellulare negli eucarioti (organismi le cui cellule contengono un nucleo formato).

Durante la mitosi, i cromosomi vengono compattati e si forma un apparato speciale, che ne è responsabile distribuzione uniforme informazioni ereditarie tra le cellule che si formano come risultato di questo processo.

Si svolge in più fasi. Le fasi della mitosi sono caratterizzate caratteristiche individuali e una certa durata.

Fasi della mitosi

Durante la divisione cellulare mitotica, passano le fasi corrispondenti della mitosi: profase, seguita da metafase, anafase e la fase finale è telofase.

Le fasi della mitosi sono caratterizzate dalle seguenti caratteristiche:

Quale significato biologico processo di mitosi?

Le fasi della mitosi contribuiscono alla trasmissione accurata delle informazioni ereditarie alle cellule figlie, indipendentemente dal numero di divisioni. In questo caso, ciascuno di essi riceve 1 cromatide, che aiuta a mantenere un numero costante di cromosomi in tutte le cellule formate a seguito della divisione. È la mitosi che garantisce il trasferimento di un insieme stabile di materiale genetico.

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Come, secondo teoria delle cellule, c'è un aumento del numero di celle?

Pensi che la durata della vita dei diversi tipi di cellule in un organismo multicellulare sia la stessa? Motiva la tua opinione.

Al momento della nascita, un bambino pesa in media 3-3,5 kg ed è alto circa 50 cm, un cucciolo di orso bruno, i cui genitori raggiungono un peso di 200 kg o più, non pesa più di 500 g, e un minuscolo il canguro pesa meno di 1 grammo. Un bellissimo cigno cresce da un pulcino grigio e poco appariscente, un agile girino si trasforma in un rospo tranquillo e una ghianda piantata vicino alla casa cresce in un'enorme quercia, che cento anni dopo delizia le nuove generazioni di persone con la sua bellezza. Tutti questi cambiamenti sono possibili grazie alla capacità degli organismi di crescere e svilupparsi. L'albero non si trasformerà in un seme, il pesce non tornerà nell'uovo: i processi di crescita e sviluppo sono irreversibili. Queste due proprietà della materia vivente sono indissolubilmente legate tra loro e si basano sulla capacità della cellula di dividersi e specializzarsi.

La crescita di un ciliato o di un'ameba è un aumento delle dimensioni e una complicazione della struttura di una singola cellula dovuta ai processi di biosintesi. Ma la crescita di un organismo multicellulare non è solo un aumento delle dimensioni delle cellule, ma anche la loro divisione attiva, un aumento del numero. Il tasso di crescita, le caratteristiche dello sviluppo, la dimensione alla quale un determinato individuo può crescere: tutto ciò dipende da molti fattori, inclusa l'influenza dell'ambiente. Ma il fattore principale e determinante in tutti questi processi sono le informazioni ereditarie, che sono immagazzinate sotto forma di cromosomi nel nucleo di ciascuna cellula. Tutte le cellule di un organismo multicellulare provengono da un singolo uovo fecondato. Durante il processo di crescita, ogni cellula appena formata deve ricevere copia esatta materiale genetico, affinché, avendo un programma ereditario generale dell'organismo, possa specializzarsi e, svolgendo la sua funzione specifica, essere parte integrante dell'insieme.

In connessione con la differenziazione, cioè la divisione in tipi diversi, le cellule di un organismo multicellulare hanno una durata di vita disuguale. Per esempio, cellule nervose smettere di dividersi anche durante sviluppo intrauterino, e durante la vita dell'organismo il loro numero non può che diminuire. Una volta sorte, non si dividono più e vivono quanto il tessuto o l'organo in cui sono incluse, formando cellule striate tessuto muscolare negli animali e nei tessuti di deposito nelle piante. Le cellule del midollo osseo rosso si dividono continuamente per formare le cellule del sangue, che hanno una durata di vita limitata. Pertanto, mentre svolgono le loro funzioni, le cellule epiteliali della pelle muoiono rapidamente zona germinale Le cellule epidermiche si dividono molto intensamente. Le cellule cambiali e i coni di crescita nelle piante si dividono attivamente. Maggiore è la specializzazione delle cellule, minore è la loro capacità di riprodursi.

Nel corpo umano ci sono circa 10 14 cellule. Ogni giorno muoiono circa 70 miliardi di cellule epiteliali intestinali e 2 miliardi di globuli rossi. Le cellule dalla vita più breve sono le cellule epiteliali intestinali, la cui durata di vita è di soli 1-2 giorni.

Ciclo di vita di una cellula. Il periodo di vita di una cellula dal momento della sua origine nel processo di divisione fino alla morte o alla fine della successiva divisione chiamato ciclo vitale. Una cellula appare durante la divisione della cellula madre e scompare durante la sua stessa divisione o morte. Durata del ciclo di vita cellule diverse varia notevolmente e dipende dal tipo e dalle condizioni della cellula ambiente esterno(temperatura, disponibilità di ossigeno e nutrienti). Ad esempio, il ciclo vitale di un'ameba è di 36 ore e i batteri possono dividersi ogni 20 minuti.

Il ciclo vitale di qualsiasi cellula è un insieme di eventi che si verificano nella cellula dal momento in cui nasce come risultato della divisione fino alla morte o alla successiva mitosi. Il ciclo vitale può includere un ciclo mitotico consistente nella preparazione alla mitosi - interfase e la divisione stessa, nonché la fase di specializzazione - differenziazione, durante la quale la cellula svolge le sue funzioni specifiche. La durata dell'interfase è sempre più lunga della divisione stessa. Nelle cellule epiteliali intestinali dei roditori, l'interfase dura in media 15 ore e la divisione avviene in 0,5-1 ora. Durante l'interfase, i processi di biosintesi avvengono attivamente nella cellula, la cellula cresce, forma organelli e si prepara per la divisione successiva. Ma senza dubbio il massimo processo importante, che avviene durante l'interfase in preparazione alla divisione, è la duplicazione del DNA (§).

Divisione cellulare. Mitosi" class="img-responsive img-thumbnail">

Riso. 52. Fasi della mitosi

Le due eliche della molecola di DNA divergono e su ciascuna di esse viene sintetizzata una nuova catena polinucleotidica. La duplicazione del DNA avviene con massima precisione, che è garantita dal principio di complementarità. Le nuove molecole di DNA sono copie assolutamente identiche di quella originale e, una volta completato il processo di duplicazione, rimangono collegate al centromero. Vengono chiamate le molecole di DNA che formano parte di un cromosoma dopo la duplicazione cromatidi.

L'accuratezza del processo di duplicazione contiene un profondo significato biologico: una violazione della copia porterebbe a una distorsione delle informazioni ereditarie e, di conseguenza, a un'interruzione del funzionamento delle cellule figlie e dell'intero organismo nel suo insieme.

Se la duplicazione del DNA non avvenisse, ad ogni divisione cellulare il numero di cromosomi verrebbe dimezzato e ben presto non rimarrebbero più cromosomi in ciascuna cellula. Tuttavia, sappiamo che in tutte le cellule del corpo di un organismo multicellulare il numero di cromosomi è lo stesso e non cambia di generazione in generazione. Questa costanza si ottiene attraverso la divisione cellulare mitotica.

Mitosi. Mitosi- questa è una divisione durante la quale esiste una distribuzione rigorosamente identica di cromosomi esattamente copiati tra le cellule figlie, che garantisce la formazione di cellule geneticamente identiche - identiche.

L'intero processo di divisione mitotica è convenzionalmente suddiviso in quattro fasi: profase, metafase, anafase e telofase (Fig. 52).

IN profase i cromosomi iniziano a spiraleggiare attivamente, si torcono e acquisiscono una forma compatta. Come risultato di tale confezionamento, la lettura delle informazioni dal DNA diventa impossibile e la sintesi dell'RNA si interrompe. La spiralizzazione dei cromosomi lo è prerequisito divisione efficace del materiale genetico tra cellule figlie. Immagina una piccola stanza, il cui intero volume è pieno di 46 fili, lunghezza totale che è centinaia di migliaia di volte più grande della dimensione di questa stanza. Questo è il nucleo di una cellula umana. Durante il processo di duplicazione, ciascun cromosoma raddoppia e abbiamo già 92 filamenti intrecciati nello stesso volume. È quasi impossibile separarli equamente senza aggrovigliarsi o strapparsi. Ma avvolgi questi fili in gomitoli e puoi facilmente distribuirli in due gruppi uguali: 46 gomitoli ciascuno. Qualcosa di simile accade durante la divisione mitotica.

Verso la fine della profase, la membrana nucleare si disintegra e i filamenti del fuso, un apparato che garantisce la distribuzione uniforme dei cromosomi, si allungano tra i poli della cellula.

IN metafase la spiralizzazione dei cromosomi diventa massima e i cromosomi compatti si trovano nel piano equatoriale della cellula. A questo punto è chiaramente visibile che ciascun cromosoma è costituito da due cromatidi fratelli collegati al centromero. I filamenti del fuso sono attaccati al centromero.

Anafase procede molto velocemente. I centromeri si dividono in due e da questo momento i cromatidi fratelli diventano cromosomi indipendenti. I filamenti del fuso attaccati ai centromeri trascinano i cromosomi verso i poli della cellula.

Sul palco telofasi i cromosomi figli, riuniti ai poli della cellula, si srotolano e si allungano. Si trasformano nuovamente in cromatina e diventano difficili da vedere al microscopio ottico. Nuove membrane nucleari si formano attorno ai cromosomi su entrambi i poli della cellula. Si formano due nuclei contenenti identici set diploidi di cromosomi.

Riso. 53. Il significato della mitosi: A – crescita (apice della radice); B – propagazione vegetativa (germogliamento del lievito); B – rigenerazione (coda di lucertola)

La mitosi termina con la divisione del citoplasma. Contemporaneamente alla divergenza dei cromosomi, gli organelli cellulari sono distribuiti in modo approssimativamente uniforme sui due poli. Nelle cellule animali membrana cellulare inizia a rigonfiarsi verso l'interno e la cellula si divide per costrizione. Nelle cellule vegetali la membrana si forma all'interno della cellula sul piano equatoriale e, diffondendosi verso la periferia, divide la cellula in due parti uguali.

Il significato della mitosi. Come risultato della mitosi compaiono due cellule figlie che contengono lo stesso numero di cromosomi presenti nel nucleo della cellula madre, cioè si formano cellule identiche a quella madre. IN condizioni normali pertanto, durante la mitosi non si verificano cambiamenti nell'informazione genetica divisione mitotica supporta stabilità genetica cellule. La mitosi è alla base della crescita, dello sviluppo e della riproduzione vegetativa organismi multicellulari. Grazie alla mitosi vengono effettuati processi di rigenerazione e sostituzione delle cellule morenti (Fig. 53). Negli eucarioti unicellulari, la mitosi garantisce la riproduzione asessuata.

Rivedi domande e compiti

1. Qual è il ciclo di vita di una cellula?

2. Come avviene la duplicazione del DNA nel ciclo mitotico? Qual è lo scopo di questo processo?

3. Qual è la preparazione di una cellula per la mitosi?

4. Descrivi le fasi della mitosi in sequenza.

5. Qual è il significato biologico della mitosi?

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