Mitotyczny podział komórek odbywa się stereotypowo. Mitoza komórek roślinnych

Mitotyczny podział komórek

Szczeniak rośnie i zwiększa swoje rozmiary w wyniku podziału komórek somatycznych tzw mitoza. Mitoza nie podział bezpośredni komórki somatyczne, kiedy wystąpią złożone zmiany w jądrze i cytoplazmie. Po zapłodnieniu (owagamii) komórki jajowej przez plemnik (fuzja lub kopulacja gamet), zygota(oocysta) to nowy organizm składający się tylko z jednej komórki. Proces wzrostu i rozwoju nowego organizmu rozpoczyna się od momentu pierwszego podziału mitotycznego tej komórki (matczynej), kiedy powstają z niej dwie komórki potomne (a dokładniej siostrzane), całkowicie do niego podobne, i trwa aż do śmierci

Ryc. 1 Struktura komórki

W procesie mitozy następuje:

1- podwojenie substancji chromosomowej;

2- zmiana kondycja fizyczna i chemiczna organizacja chromosomów;

3- rozbieżność chromosomów siostrzanych do biegunów komórki;

4- kolejny podział cytoplazmy i pełne wyzdrowienie dwa jądra w nowych komórkach.

Ułożone w mitozie koło życia geny jądrowe: duplikacja, dystrybucja i funkcjonowanie. Okres pomiędzy podziałami komórkowymi nazywa się interfaza, podczas którego zachodzą w nim aktywne procesy życiowe i przygotowanie do kolejnego podziału. Cały cykl zmian zachodzących w komórce

z jednego podziału do drugiego nazywa się cykl mitotyczny. Ten ostatni składa się z dwóch głównych okresów - interfazy i samej mitozy.

W wyniku mitozy z jednej komórki powstają dwie komórki o identycznych chromosomach. Zatem mitoza zapewnia ciągłość i stałość liczby i zestawu, czyli jakościową specyficzność chromosomów w kolejnych pokoleniach dzielących się komórek (patrz ryc. 2).

W interfazie, czyli okresie pomiędzy dwoma kolejnymi podziałami komórkowymi, w jądrze zachodzi replikacja (autoduplikacja lub samoduplikacja) DNA, a co za tym idzie, liczba chromosomów w komórce (tworzenie chromatyd siostrzanych utrzymywanych razem przez centromer, czyli , ciało pełniące funkcję mechanicznego centrum chromosomu), a także despiralizacja tego ostatniego.

W metafazie, czyli środkowej fazie podziału jądrowego, chromosom składający się z dwóch chromatyd zamienia się w dwa chromosomy potomne.

Ryż. 2. Mitoza

1 - trzy pary chromosomów; 2 - replikacja chromosomów z utworzeniem chromatyd siostrzanych połączonych w centromerze; 3 - na biegunach otoczki jądrowej widoczne są centrosomy z promieniami asteralnymi, kierujące się do centromerowego obszaru chromatyd, ustawionego wzdłuż równika, w celu oddzielenia centromerów chromatyd siostrzanych i przeniesienia ich na różne bieguny; 4 - desspiralizacja chromosomów, przywrócenie błony jądrowej i utworzenie przegrody komórkowej z utworzeniem dwóch komórek potomnych identycznych z matką z dokładnie taką samą liczbą chromosomów jak w niej

W anafazie dochodzi do podziału i rozbieżności chromosomów potomnych do biegunów komórki, czyli przywrócenia ich właściwej liczby. W telofazie, ostatnim etapie podziału komórki, chromosomy przyjmują taki sam wygląd jak przed rozpoczęciem podziału, a ilość DNA w każdym jądrze potomnym jest o połowę mniejsza w porównaniu z poprzednimi etapami. Zatem obie komórki potomne zawierają równe ilości cytoplazmę i identyczne zestawy chromosomów i są gotowe do przejścia mitozy.

Nie wszystkie komórki somatyczne organizmu ulegają ciągłym podziałom. W trakcie rozwój zarodkowy następuje różnicowanie narządów i tkanek, rozwijające się według własnej, specyficznej, genetycznie zdeterminowanej ścieżki. Dlatego niektóre komórki zamieniają się w komórki mózgowe, inne w komórki krwi itp. Co więcej, niektóre z nich dzielą się w sposób ciągły, a inne dopiero na pewnym etapie rozwoju lub w razie potrzeby odpowiadają np. za procesy regeneracyjne.

procesy (regeneracyjne).

Podział komórek jest centralnym punktem reprodukcji.

W procesie podziału z jednej komórki powstają dwie komórki. Na podstawie asymilacji substancji organicznych i nieorganicznych komórka tworzy własną komórkę o charakterystycznej budowie i funkcjach.

W podziale komórki można zaobserwować dwa główne momenty: podział jądrowy - mitozę i podział cytoplazmatyczny - cytokinezę, czyli cytotomię. Główna uwaga genetyków nadal skupia się na mitozie, ponieważ z punktu widzenia teorii chromosomów jądro uważane jest za „organ” dziedziczności.

W procesie mitozy następuje:

1. podwojenie substancji chromosomowej;
2. zmiany stanu fizycznego i organizacji chemicznej chromosomów;
3. rozbieżność chromosomów córki, a raczej siostry, względem biegunów komórki;
4. późniejszy podział cytoplazmy i całkowite odtworzenie dwóch nowych jąder w komórkach siostrzanych.

Zatem cały cykl życia genów jądrowych opiera się na mitozie: duplikacja, dystrybucja i funkcjonowanie; W wyniku zakończenia cyklu mitotycznego komórki siostrzane otrzymują jednakowe „dziedziczenie”.

Podczas podziału jądro komórkowe przechodzi przez pięć kolejnych etapów: interfazę, profazę, metafazę, anafazę i telofazę; niektórzy cytologowie identyfikują kolejny szósty etap - prometafazę.

Pomiędzy dwoma kolejnymi podziałami komórkowymi jądro znajduje się w fazie interfazy. W tym okresie jądro podczas utrwalania i barwienia ma strukturę siatkową utworzoną poprzez barwienie cienkich nitek, które w kolejnej fazie formują się w chromosomy. Chociaż interfaza nazywana jest inaczej faza jądra spoczynkowego na samym ciele procesy metaboliczne w jądrze w tym okresie zachodzą z największą aktywnością.

Profaza jest pierwszym etapem przygotowania jądra do podziału. W profazie struktura siatki jądro stopniowo zamienia się w nici chromosomowe. Od najwcześniejszej profazy nawet w mikroskop świetlny można zaobserwować dwoistą naturę chromosomów. Sugeruje to, że w jądrze to właśnie we wczesnej lub późnej interfazie zachodzi najważniejszy proces mitozy - podwojenie, czyli reduplikacja chromosomów, w którym każdy z chromosomów matki buduje podobny - potomny. W rezultacie każdy chromosom wydaje się być podłużnie podwojony. Jednakże te połówki chromosomów, które są tzw chromatydy siostrzane, nie różnią się profazą, ponieważ łączy je jeden wspólny obszar - centromer; region centromerowy dzieli się później. W profazie chromosomy ulegają skręceniu wzdłuż własnej osi, co prowadzi do ich skracania i pogrubiania. Należy podkreślić, że w profazie każdy chromosom w kariolimfie jest umiejscowiony losowo.

W komórkach zwierzęcych, nawet w późnej telofazie lub bardzo wczesnej interfazie, następuje duplikacja centrioli, po czym w profazie centriole potomne zaczynają zbiegać się do biegunów i formacji astrosfery i wrzeciona, zwanych nowym aparatem. W tym samym czasie jąderka rozpuszczają się. Zasadniczym sygnałem końca profazy jest rozpuszczenie błony jądrowej, w wyniku czego chromosomy trafiają do ogólnej masy cytoplazmy i karioplazmy, które obecnie tworzą myksoplazmę. To kończy profazę; komórka wchodzi w metafazę.

W Ostatnio Pomiędzy profazą a metafazą badacze zaczęli rozróżniać etap pośredni zwany prometafaza. Prometafaza charakteryzuje się rozpuszczeniem i zanikiem błony jądrowej oraz ruchem chromosomów w kierunku płaszczyzny równikowej komórki. Ale do tego momentu tworzenie wrzeciona achromatyny nie zostało jeszcze zakończone.

Metafaza zwany etapem zakończenia układu chromosomów na równiku wrzeciona. Charakterystyczne ułożenie chromosomów w płaszczyźnie równikowej nazywane jest płytką równikową lub metafazową. Ułożenie chromosomów względem siebie jest losowe. W metafazie wyraźnie ujawnia się liczba i kształt chromosomów, szczególnie podczas badania płytki równikowej z biegunów podziału komórkowego. Wrzeciono achromatyny jest w pełni uformowane: włókna wrzeciona uzyskują gęstszą konsystencję niż reszta cytoplazmy i są przyczepione do regionu centromerowego chromosomu. Cytoplazma komórki w tym okresie ma najniższą lepkość.

Anafaza nazywana kolejną fazą mitozy, podczas której chromatydy dzielą się, które można teraz nazwać chromosomami siostrzanymi lub potomnymi, i rozchodzą się w kierunku biegunów. W tym przypadku przede wszystkim regiony centromerowe odpychają się, a następnie same chromosomy rozchodzą się w stronę biegunów. Trzeba powiedzieć, że rozbieżność chromosomów w anafazie zaczyna się jednocześnie - „jak na rozkaz” - i kończy się bardzo szybko.

Podczas telofazy chromosomy potomne ulegają spirali i tracą swoją widoczną indywidualność. Tworzy się powłoka rdzenia i sam rdzeń. Jądro zostaje zrekonstruowane Odwrotna kolejność w porównaniu ze zmianami, którym uległ w profazie. Na koniec przywracane są również jąderka (lub jąderka) i to w tej samej ilości, w jakiej były obecne w jądrach macierzystych. Liczba jąderek jest charakterystyczna dla każdego typu komórki.

Jednocześnie rozpoczyna się symetryczny podział ciała komórki. Jądra komórek potomnych wchodzą w stan interfazy.

Powyższy rysunek przedstawia schemat cytokinezy w komórkach zwierzęcych i roślinnych. W komórka zwierzęca podział następuje poprzez sznurowanie cytoplazmy komórki macierzystej. W komórce roślinnej dochodzi do tworzenia przegrody komórkowej z obszarami blaszek wrzecionowych, tworzących w płaszczyźnie równikowej przegrodę zwaną fragmoplastem. To kończy cykl mitotyczny. Czas jego trwania najwyraźniej zależy od rodzaju tkanki, stan fizjologiczny organizmu, czynników zewnętrznych (temperatura, reżim świetlny) i trwa od 30 minut do 3 h. Według różnych autorów prędkość przejścia poszczególnych faz jest zmienna.

Zarówno wewnętrzne, jak i czynniki zewnętrzneŚrodowiska oddziałujące na wzrost organizmu i jego stan funkcjonalny wpływają na czas trwania podziału komórki i jego poszczególnych faz. Ponieważ jądro odgrywa ogromną rolę w procesach metabolicznych komórki, naturalne jest przekonanie, że czas trwania faz mitotycznych może się różnić w zależności od stanu funkcjonalnego tkanki narządu. Ustalono na przykład, że podczas odpoczynku i snu zwierząt aktywność mitotyczna różnych tkanek jest znacznie wyższa niż podczas czuwania. U wielu zwierząt częstotliwość podziałów komórkowych maleje w świetle i wzrasta w ciemności. Zakłada się również, że hormony wpływają na aktywność mitotyczną komórki.

Przyczyny decydujące o gotowości komórki do podziału nadal pozostają niejasne. Istnieją powody, aby zasugerować kilka powodów:

1. podwojenie masy protoplazmy komórkowej, chromosomów i innych organelli, przez co zakłócane są relacje jądro-plazma; Aby się podzielić, komórka musi osiągnąć określoną masę i objętość charakterystyczną dla komórek danej tkanki;
2. podwojenie chromosomu;
3. wydzielanie specjalnych substancji przez chromosomy i inne organelle komórkowe, które stymulują podział komórek.

Mechanizm rozbieżności chromosomów do biegunów w anafazie mitozy również pozostaje niejasny. Wydaje się, że aktywną rolę w tym procesie odgrywają włókna wrzecionowe, reprezentujące włókna białkowe zorganizowane i zorientowane przez centriole i centromery.

Charakter mitozy, jak już powiedzieliśmy, różni się w zależności od rodzaju i stan funkcjonalny tekstylia. Komórki różnych tkanek charakteryzują się Różne rodzaje mitozy W opisywanym typie mitozy podział komórek zachodzi w sposób równy i symetryczny. W wyniku symetrycznej mitozy komórki siostrzane są dziedzicznie równoważne zarówno pod względem genów jądrowych, jak i cytoplazmy. Jednak oprócz symetrycznej istnieją inne rodzaje mitozy, a mianowicie: mitoza asymetryczna, mitoza z opóźnioną cytokinezą, podział komórek wielojądrowych (podział syncytii), amitoza, endomitoza, endoreprodukcja i politenia.

W przypadku mitozy asymetrycznej komórki siostrzane są nierówne pod względem wielkości, ilości cytoplazmy, a także pod względem przyszłego losu. Przykładem tego jest nierówny rozmiar komórek siostrzanych (córek) neuroblastów konika polnego, jaj zwierzęcych podczas dojrzewania i podczas fragmentacji spiralnej; kiedy jądra w ziarnach pyłku dzielą się, jedna z komórek potomnych może dalej się dzielić, druga nie, itd.

Mitoza z opóźnioną cytokinezą charakteryzuje się tym, że jądro komórkowe dzieli się wielokrotnie, a dopiero potem dzieli się ciało komórki. W wyniku tego podziału powstają komórki wielojądrowe, takie jak syncytium. Przykładem tego jest tworzenie się komórek bielma i tworzenie zarodników.

Amitoza zwane bezpośrednim rozszczepieniem jądrowym bez tworzenia się wskaźników rozszczepienia. W tym przypadku podział jądra następuje poprzez „splatanie” go na dwie części; czasami z jednego jądra powstaje kilka jąder na raz (fragmentacja). Amitoza stale zachodzi w komórkach szeregu wyspecjalizowanych i patologicznych tkanek, np guzy nowotworowe. Można go zaobserwować pod wpływem różnych czynników szkodliwych (promieniowanie jonizujące i wysoka temperatura).

Endomitoza Tak nazywa się proces, w którym podwaja się rozszczepienie jądrowe. W tym przypadku chromosomy, jak zwykle, rozmnażają się w interfazie, ale ich późniejsza rozbieżność następuje wewnątrz jądra z zachowaniem otoczki jądrowej i bez tworzenia wrzeciona achromatyny. W niektórych przypadkach, pomimo rozpuszczenia błony jądrowej, chromosomy nie rozchodzą się do biegunów, w wyniku czego liczba chromosomów w komórce zwielokrotnia się nawet kilkadziesiąt razy. Endomitoza występuje w komórkach różnych tkanek zarówno roślinnych, jak i zwierzęcych. Na przykład A.A. Prokofieva-Belgovskaya wykazała, że ​​​​przez endomitozę w komórkach wyspecjalizowanych tkanek: w tkance podskórnej cyklopa, ciele tłuszczowym, nabłonku otrzewnej i innych tkankach klaczki (Stenobothrus) - zestaw chromosomów może wzrosnąć 10 razy . Ten wzrost liczby chromosomów jest związany z cechy funkcjonalne zróżnicowana tkanka.

Podczas politenii liczba nici chromosomowych ulega zwielokrotnieniu: po reduplikacji na całej długości nie rozchodzą się i pozostają obok siebie. W tym przypadku liczba wątków chromosomowych w obrębie jednego chromosomu ulega zwielokrotnieniu, w wyniku czego zauważalnie wzrasta średnica chromosomów. Liczba takich cienkich nici w chromosomie polietylenowym może sięgać 1000-2000. W tym przypadku powstają tak zwane gigantyczne chromosomy. W przypadku politenii zapadają wszystkie fazy cyklu mitotycznego, z wyjątkiem głównej - reprodukcji pierwotnych nici chromosomu. Zjawisko politenii obserwuje się w komórkach szeregu zróżnicowanych tkanek, np. w tkance ślinianki Diptera w komórkach niektórych roślin i pierwotniaków.

Czasami dochodzi do duplikacji jednego lub większej liczby chromosomów bez żadnych transformacji jądrowych – zjawisko to nazywa się endoreprodukcja.

Zatem wszystkie fazy mitozy komórkowej, składniki, są obowiązkowe tylko w przypadku typowego procesu.

w niektórych przypadkach głównie w zróżnicowane tkanki, cykl mitotyczny ulega zmianom. Komórki takich tkanek utraciły zdolność do reprodukcji całego organizmu, a aktywność metaboliczna ich jądra dostosowana jest do funkcji uspołecznionej tkanki.

Komórki embrionalne i merystemowe, które nie utraciły funkcji reprodukcji całego organizmu i należą do niezróżnicowanych tkanek, zachowują pełny cykl mitoza, na której opiera się rozmnażanie bezpłciowe i wegetatywne.

Komórki organizmu wielokomórkowego są niezwykle zróżnicowane pod względem pełnionych funkcji. Zgodnie ze swoją specjalizacją komórki mają różne czasy trwaniażycie. Na przykład nerwowy i Komórki mięśniowe po skończeniu okres embrionalny zmiany przestają się dzielić i funkcjonują przez całe życie organizmu. Komórki innych tkanek - szpik kostny, naskórek, nabłonek jelito cienkie- w trakcie pełnienia swojej funkcji szybko obumierają i w wyniku ciągłego rozmnażania się komórek są zastępowane nowymi.

Zatem cykl życia komórek w odnawiających się tkankach obejmuje funkcjonalnie aktywna praca i okres podziału. Podział komórek leży u podstaw rozwoju i wzrostu organizmów, ich rozmnażania, a także zapewnia samoodnowę tkanek przez całe życie organizmu i przywrócenie ich integralności po uszkodzeniu.

Najpowszechniejszą formą rozmnażania się komórek w organizmach żywych jest podział pośredni, Lub mitoza. Mitoza charakteryzuje się złożonymi przemianami jądra komórkowego, którym towarzyszy tworzenie specyficznych struktur chromosomowych. Chromosomy są stale obecne w komórce, jednak w okresie pomiędzy dwoma podziałami – interfazą – znajdują się w stanie despiralnym i dlatego nie są widoczne pod mikroskopem świetlnym. W interfazie następuje przygotowanie do mitozy, polegające głównie na podwojeniu (reduplikacji) DNA. Nazywa się zespół procesów zachodzących podczas przygotowania komórki do podziału, a także podczas samej mitozy cykl mitotyczny. Z rysunku wynika, że ​​po zakończeniu podziału komórka może wejść w okres przygotowania do syntezy DNA, oznaczony symbolem G1 . W tym czasie w komórce dochodzi do intensywnej syntezy RNA i białek, wzrasta także aktywność enzymów biorących udział w syntezie DNA. Następnie komórka rozpoczyna syntezę DNA. Dwie helisy starej cząsteczki DNA oddzielają się i każda staje się matrycą do syntezy nowych nici DNA. W rezultacie każda z dwóch cząsteczek potomnych koniecznie zawiera jedną starą helisę i jedną nową. Nowa cząsteczka jest całkowicie identyczna ze starą. Ma to głębokie znaczenie biologiczne: w ten sposób ciągłość informacji genetycznej zostaje zachowana przez niezliczone pokolenia komórek.

Czas syntezy DNA w różnych komórkach jest różny i waha się od kilku minut w bakteriach do 6-12 godzin w komórkach ssaków. Po zakończeniu syntezy DNA - faza S cykl mitotyczny – komórka nie zaczyna się od razu dzielić. Okres od zakończenia syntezy DNA do początku mitozy nazywany jest fazą G2. W tym okresie komórka kończy przygotowanie do mitozy: gromadzi się ATP, syntetyzuje się białka wrzeciona achromatyny, a centriole podwajają się.

Sam proces mitotycznego podziału komórek składa się z czterech faz: profazy, metafazy, anafazy i telofazy.

W profaza objętość jądra i komórki jako całości wzrasta, komórka staje się zaokrąglona, ​​zmniejsza się lub zatrzymuje działalność funkcjonalna(na przykład ruch ameboidalny u pierwotniaków i leukocytów zwierząt wyższych). Często zanikają określone struktury komórkowe (rzęski itp.). Centriole rozchodzą się parami w kierunku biegunów, spirali chromosomów, w wyniku czego gęstnieją i stają się widoczne. Odczytanie informacji genetycznej z cząsteczek DNA staje się niemożliwe: synteza RNA zostaje zatrzymana, a jąderko zanika. Włókna wrzeciona podziału są rozciągnięte między biegunami komórki - powstaje aparat, który zapewnia rozbieżność chromosomów z biegunami komórki. W trakcie profazy chromosomy nadal skręcają się spiralnie, stając się grube i krótkie. Pod koniec profazy błona jądrowa rozpada się, a chromosomy pojawiają się losowo rozproszone w cytoplazmie.

W metafaza Spiralizacja chromosomów osiąga maksimum, a skrócone chromosomy pędzą do równika komórki, znajdującego się w równej odległości od biegunów. Tworzy się płyta równikowa lub metafazowa. Na tym etapie mitozy struktura chromosomów jest wyraźnie widoczna, łatwo je policzyć i zbadać ich indywidualne cechy.

Każdy chromosom ma obszar pierwotnego zwężenia – centromer, do którego podczas mitozy przyczepiają się nić wrzeciona i ramiona. Na etapie metafazy chromosom składa się z dwóch chromatyd, połączonych ze sobą jedynie w centromerze.

Wszystkie komórki somatyczne dowolnego organizmu zawierają ściśle określoną liczbę chromosomów. U wszystkich organizmów tego samego gatunku liczba chromosomów w komórkach jest taka sama: u muszki domowej - 12, u Drosophila - 8, w kukurydzy - 20, w truskawkach - 56, u raków - 116, u ludzi - 46 , u szympansów , karaluchów i pieprzu - 48. Jak widać, liczba chromosomów nie zależy od wysokości organizacji i nie zawsze wskazuje na pokrewieństwo filogenetyczne. Liczba chromosomów nie jest zatem cechą gatunkową. Całość cech zestawu chromosomów (kariotyp) – kształt, wielkość i liczba chromosomów – jest charakterystyczna tylko dla jednego gatunku rośliny lub zwierzęcia.

Liczba chromosomów w komórkach somatycznych jest zawsze sparowana. Wyjaśnia to fakt, że w tych komórkach znajdują się dwa chromosomy o tym samym kształcie i wielkości: jeden pochodzi z organizmu ojca, drugi z organizmu matki. Chromosomy o identycznym kształcie i rozmiarze oraz zawierające te same geny nazywane są homologicznymi. Nazywa się zestaw chromosomów komórki somatycznej, w którym każdy chromosom ma parę podwójnie, Lub zestaw diploidalny, i jest oznaczony przez 2n. Ilość DNA odpowiadająca diploidalnemu zestawowi chromosomów jest oznaczona jako 2c. Z każdej pary homologicznych chromosomów tylko jeden dostaje się do komórek rozrodczych, dlatego nazywa się zestaw chromosomów gamet pojedynczy Lub haploidalny.

Badanie szczegółów struktury chromosomów płytki metafazowej jest bardzo trudne bardzo ważne do diagnostyki chorób człowieka spowodowanych nieprawidłowościami w strukturze chromosomów.

W anafaza lepkość cytoplazmy maleje, centromery oddzielają się i od tego momentu chromatydy stają się niezależnymi chromosomami. Nici wrzeciona przyczepione do centromerów przyciągają chromosomy do biegunów komórki, podczas gdy ramiona chromosomów biernie podążają za centromerem. Zatem w anafazie chromatydy chromosomów podwojone w interfazie dokładnie rozchodzą się w stronę biegunów komórki. W tym momencie komórka zawiera dwa diploidalne zestawy chromosomów (4n4c).

W końcowej fazie - telofaza - chromosomy rozluźniają się i despirują. Otoczka jądrowa utworzona jest ze struktur błonowych cytoplazmy. U zwierząt komórka dzieli się na dwie mniejsze poprzez utworzenie zwężenia. U roślin błona cytoplazmatyczna powstaje w środku komórki i rozciąga się na obrzeża, dzieląc komórkę na pół. Po utworzeniu poprzeczki błona cytoplazmatyczna komórki roślinne tworzą ścianę celulozową. W ten sposób z jednej komórki powstają dwie komórki potomne, w których informacja dziedziczna dokładnie kopiuje informację zawartą w komórce macierzystej. Począwszy od pierwszego podziału mitotycznego zapłodnionego jaja (zygoty), wszystkie komórki potomne powstałe w wyniku mitozy zawierają ten sam zestaw chromosomów i te same geny. Dlatego mitoza jest metodą podziału komórek polegającą na precyzyjnym rozmieszczeniu materiału genetycznego pomiędzy komórkami potomnymi.

W wyniku mitozy obie komórki potomne otrzymują diploidalny zestaw chromosomów.

Mitoza jest hamowana przez wysoką temperaturę wysokie dawki promieniowanie jonizujące, działanie trucizn roślinnych. Jedną z tych trucizn, kolchicynę, wykorzystuje się w cytogenetyce: można ją zastosować do zatrzymania mitozy na etapie płytki metafazowej, co pozwala policzyć liczbę chromosomów i nadać każdemu z nich indywidualną cechę, tj. kariotypowanie.

Tabela Cykl mitotyczny i mitoza ( T.L. Bogdanow. Biologia. Zadania i ćwiczenia. Poradnik dla kandydatów na uczelnie. M., 1991 )

		Proces zachodzący w komórce
Interfaza (faza pomiędzy podziałami komórkowymi)	Okres presyntetyczny	Synteza białek. RNA jest syntetyzowany na zdespiralizowanych cząsteczkach DNA
	Okres syntetyczny	Synteza DNA to samoduplikacja cząsteczki DNA. Budowa drugiej chromatydy, do której przechodzi nowo utworzona cząsteczka DNA: uzyskuje się chromosomy bichromatydowe
	Okres postsyntetyczny	Synteza białek, magazynowanie energii, przygotowanie do podziału
	Profaza (pierwsza faza podziału)	Chromosomy dwuchromatydowe tworzą spiralę, jąderka rozpuszczają się, centriole oddzielają się, otoczka jądrowa rozpuszcza się, tworzą się włókna wrzeciona
Fazy ​​mitozy	Metafaza (faza akumulacji chromosomów)	Nici wrzeciona są przyczepione do centromerów chromosomów; chromosomy bichromatydowe są skoncentrowane na równiku komórki
	Anafaza (faza segregacji chromosomów)	Centromery dzielą się, chromosomy jednochromatydowe są rozciągane przez włókna wrzeciona do biegunów komórek
	Telofaza (koniec fazy podziału)	Pojedyncze chromosomy chromatydowe despirują, powstaje jąderko, przywracana jest błona jądrowa, na równiku zaczyna tworzyć się przegroda między komórkami, a włókna wrzeciona rozpuszczają się

Cechy mitozy u roślin i zwierząt

Czas od jednego do drugiego. Odbywa się w dwóch kolejnych etapach – interfazy i samego podziału. Czas trwania tego procesu jest różny i zależy od rodzaju komórki.

Interfaza to okres pomiędzy dwoma podziałami komórkowymi, czas od ostatniego podziału do momentu śmierci komórki lub utraty zdolności do podziału.

W tym okresie komórka rośnie i podwaja swoje DNA, a także mitochondria i plastydy. Inne również przechodzą przez interfazę związki organiczne. Proces syntezy zachodzi najintensywniej w syntetycznym okresie interfazy. W tym czasie chromatydy jądrowe ulegają podwojeniu, gromadzi się energia, która zostanie wykorzystana podczas podziału. Zwiększa się również liczba organelli komórkowych i centrioli.

Interfaza zajmuje prawie 90% cykl komórkowy. Następnie następuje mitoza, która jest główną metodą podziału komórek u eukariontów (organizmów, których komórki zawierają utworzone jądro).

Podczas mitozy chromosomy ulegają zagęszczeniu i powstaje specjalny aparat, który jest za to odpowiedzialny równomierny rozkład dziedziczna informacja pomiędzy komórkami powstałymi w wyniku tego procesu.

Odbywa się w kilku etapach. Scharakteryzowano etapy mitozy Cechy indywidulane i określony czas trwania.

Fazy ​​mitozy

Podczas mitotycznego podziału komórki przechodzą odpowiednie fazy mitozy: profaza, następnie metafaza, anafaza i końcową fazą jest telofaza.

Fazy ​​​​mitozy charakteryzują się następującymi cechami:

Który znaczenie biologiczne proces mitozy?

Fazy ​​mitozy przyczyniają się do dokładnego przekazywania informacji dziedzicznej komórkom potomnym, niezależnie od liczby podziałów. W tym przypadku każdy z nich otrzymuje 1 chromatydę, co pomaga utrzymać stałą liczbę chromosomów we wszystkich komórkach powstałych w wyniku podziału. To mitoza zapewnia transfer stabilnego zestawu materiału genetycznego.

Pamiętać!

Jak wg teoria komórki, czy nastąpił wzrost liczby komórek?

Czy uważasz, że długość życia różnych typów komórek w organizmie wielokomórkowym jest taka sama? Uzasadnij swoją opinię.

Dziecko w chwili urodzenia waży średnio 3–3,5 kg i ma około 50 cm wzrostu, niedźwiadek brunatny, którego rodzice osiągają wagę 200 kg i więcej, waży nie więcej niż 500 g, a mały niedźwiadek kangur waży mniej niż 1 gram. Z szarego, niepozornego pisklęcia wyrasta piękny łabędź, zwinna kijanka zamienia się w stateczną ropuchę, a posadzony niedaleko domu żołądź wyrasta na ogromny dąb, który sto lat później zachwyca swoim pięknem kolejne pokolenia ludzi. Wszystkie te zmiany są możliwe dzięki zdolności organizmów do wzrostu i rozwoju. Drzewo nie zamieni się w nasiono, ryba nie wróci do jaja - procesy wzrostu i rozwoju są nieodwracalne. Te dwie właściwości żywej materii są ze sobą nierozerwalnie powiązane i opierają się na zdolności komórki do podziału i specjalizacji.

Wzrost orzęsków lub ameby to wzrost rozmiaru i komplikacja struktury pojedynczej komórki w wyniku procesów biosyntezy. Ale wzrost organizmu wielokomórkowego to nie tylko wzrost wielkości komórek, ale także ich aktywny podział - wzrost liczby. Tempo wzrostu, cechy rozwojowe, rozmiar, do jakiego może urosnąć dana osoba - wszystko to zależy od wielu czynników, w tym od wpływu środowiska. Ale głównym czynnikiem determinującym wszystkie te procesy jest informacja dziedziczna, która jest przechowywana w postaci chromosomów w jądrze każdej komórki. Wszystkie komórki organizmu wielokomórkowego pochodzą z jednego zapłodnionego jaja. Podczas procesu wzrostu każda nowo utworzona komórka musi otrzymać dokładna kopia materiału genetycznego, tak aby mając ogólny program dziedziczny organizmu, mógł się on specjalizować i pełniąc swoją specyficzną funkcję stanowił integralną część całości.

W związku z różnicowaniem, czyli podziałem na różne rodzaje, komórki organizmu wielokomórkowego mają nierówną długość życia. Na przykład, komórki nerwowe przestań dzielić nawet w trakcie rozwój wewnątrzmaciczny, a podczas życia organizmu ich liczba może się tylko zmniejszać. Kiedy już powstaną, nie dzielą się już i żyją tak długo, jak tkanka lub narząd, w którym się znajdują, a komórki tworzące prążkowane tkanka mięśniowa u zwierząt i tkankach zapasowych u roślin. Czerwone komórki szpiku kostnego nieustannie dzielą się, tworząc komórki krwi, które mają ograniczoną żywotność. Dlatego komórki nabłonka skóry, pełniąc swoje funkcje, szybko obumierają strefa rozrodcza Komórki naskórka dzielą się bardzo intensywnie. Komórki kambium i komórki stożka wzrostu w roślinach aktywnie się dzielą. Im wyższa specjalizacja komórek, tym mniejsza ich zdolność do reprodukcji.

W ludzkim ciele jest około 10 14 komórek. Każdego dnia umiera około 70 miliardów komórek nabłonka jelitowego i 2 miliardy czerwonych krwinek. Najkrócej żyją komórki nabłonka jelitowego, których żywotność wynosi tylko 1–2 dni.

Cykl życia komórki. Okres życia komórki od chwili jej zaistnienia w procesie podziału aż do śmierci lub zakończenia kolejnego podziału zwany koło życia. Komórka pojawia się podczas podziału komórki macierzystej i znika podczas własnego podziału lub śmierci. Czas trwania cyklu życia różne komórki jest bardzo zróżnicowana i zależy od rodzaju komórki i warunków otoczenie zewnętrzne(temperatura, dostępność tlenu i składniki odżywcze). Na przykład cykl życiowy ameby trwa 36 godzin, a bakterie mogą dzielić się co 20 minut.

Cykl życiowy każdej komórki to zespół zdarzeń zachodzących w komórce od momentu jej powstania w wyniku podziału aż do śmierci lub późniejszej mitozy. Cykl życiowy może obejmować cykl mitotyczny polegający na przygotowaniu do mitozy - interfaza i sam podział, a także etap specjalizacji – różnicowania, podczas którego komórka pełni swoje specyficzne funkcje. Czas trwania interfazy jest zawsze dłuższy niż sam podział. W komórkach nabłonka jelit gryzoni interfaza trwa średnio 15 godzin, a podział następuje w ciągu 0,5–1 godziny. Podczas interfazy w komórce aktywnie zachodzą procesy biosyntezy, komórka rośnie, tworzy organelle i przygotowuje się do kolejnego podziału. Ale niewątpliwie najbardziej ważny proces, która zachodzi podczas interfazy w przygotowaniu do podziału, to duplikacja DNA (§).

Podział komórek. Mitoza" class="img-Response img-thumbnail">

Ryż. 52. Fazy mitozy

Dwie helisy cząsteczki DNA rozchodzą się i na każdej z nich syntetyzowany jest nowy łańcuch polinukleotydowy. Reduplikacja DNA zachodzi z najwyższa precyzja, co zapewnia zasada komplementarności. Nowe cząsteczki DNA są absolutnie identycznymi kopiami pierwotnej i po zakończeniu procesu duplikacji pozostają połączone w centromerze. Nazywa się cząsteczki DNA, które po reduplikacji tworzą część chromosomu chromatydy.

Dokładność procesu reduplikacji ma głębokie znaczenie biologiczne: naruszenie kopiowania doprowadziłoby do zniekształcenia informacji dziedzicznej, a w konsekwencji do zakłócenia funkcjonowania komórek potomnych i całego organizmu jako całości.

Gdyby nie zachodziła duplikacja DNA, to przy każdym podziale komórki liczba chromosomów zmniejszałaby się o połowę i wkrótce w każdej komórce nie byłoby już żadnych chromosomów. Wiemy jednak, że we wszystkich komórkach organizmu wielokomórkowego liczba chromosomów jest taka sama i nie zmienia się z pokolenia na pokolenie. Stałość tę osiąga się poprzez mitotyczny podział komórek.

Mitoza. Mitoza- jest to podział, podczas którego następuje ściśle identyczne rozmieszczenie dokładnie skopiowanych chromosomów pomiędzy komórkami potomnymi, co zapewnia powstanie genetycznie identycznych - identycznych - komórek.

Cały proces podziału mitotycznego umownie dzieli się na cztery fazy: profazę, metafazę, anafazę i telofazę (ryc. 52).

W profaza chromosomy zaczynają aktywnie spiralować - skręcają się i uzyskują zwarty kształt. W wyniku takiego pakowania odczytanie informacji z DNA staje się niemożliwe, a synteza RNA zostaje zatrzymana. Spiralizacja chromosomów jest warunek wstępny pomyślny podział materiału genetycznego pomiędzy komórkami potomnymi. Wyobraź sobie mały pokój, którego cała objętość jest wypełniona 46 nitkami, długość całkowita który jest setki tysięcy razy większy niż rozmiar tego pokoju. To jest jądro ludzkiej komórki. W procesie reduplikacji każdy chromosom podwaja się i mamy już 92 splątane nici w tej samej objętości. Prawie niemożliwe jest ich równe rozdzielenie bez splątania lub rozdarcia. Ale zwiń te nici w kulki i możesz łatwo podzielić je na dwie równe grupy - po 46 kulek w każdej. Coś podobnego dzieje się podczas podziału mitotycznego.

Pod koniec profazy błona jądrowa rozpada się, a włókna wrzeciona, aparatu zapewniającego równomierne rozmieszczenie chromosomów, rozciągają się pomiędzy biegunami komórki.

W metafaza Spiralizacja chromosomów staje się maksymalna, a zwarte chromosomy znajdują się w płaszczyźnie równikowej komórki. Na tym etapie wyraźnie widać, że każdy chromosom składa się z dwóch chromatyd siostrzanych połączonych w centromerze. Włókna wrzeciona są przyczepione do centromeru.

Anafaza przebiega bardzo szybko. Centromery dzielą się na dwie części i od tego momentu chromatydy siostrzane stają się niezależnymi chromosomami. Włókna wrzeciona przyczepione do centromerów przyciągają chromosomy w stronę biegunów komórki.

Na scenie telofazy Chromosomy potomne, zebrane na biegunach komórki, rozwijają się i rozciągają. Zamieniają się z powrotem w chromatynę i stają się trudne do zobaczenia pod mikroskopem świetlnym. Nowe błony jądrowe tworzą się wokół chromosomów na obu biegunach komórki. Tworzą się dwa jądra zawierające identyczne diploidalne zestawy chromosomów.

Ryż. 53. Znaczenie mitozy: A – wzrost (korzeń korzenia); B – rozmnażanie wegetatywne (pączkowanie drożdży); B – regeneracja (ogon jaszczurki)

Mitoza kończy się podziałem cytoplazmy. Jednocześnie z rozbieżnością chromosomów organelle komórkowe są w przybliżeniu równomiernie rozmieszczone na dwóch biegunach. W komórkach zwierzęcych Błona komórkowa zaczyna wybrzuszać się do wewnątrz, a komórka dzieli się przez zwężenie. W komórkach roślinnych błona tworzy się wewnątrz komórki w płaszczyźnie równikowej i rozprzestrzeniając się na obwód, dzieli komórkę na dwie równe części.

Znaczenie mitozy. W wyniku mitozy powstają dwie komórki potomne, zawierające taką samą liczbę chromosomów, jaka znajdowała się w jądrze komórki macierzystej, czyli powstają komórki identyczne z komórką rodzicielską. W normalne warunki dlatego podczas mitozy nie zachodzą żadne zmiany w informacji genetycznej podział mitotyczny obsługuje stabilność genetyczna komórki. Mitoza leży u podstaw wzrostu, rozwoju i rozmnażania wegetatywnego Organizmy wielokomórkowe. Dzięki mitozie zachodzą procesy regeneracji i wymiany umierających komórek (ryc. 53). U jednokomórkowych eukariontów mitoza zapewnia rozmnażanie bezpłciowe.

Przejrzyj pytania i zadania

1. Jaki jest cykl życiowy komórki?

2. Jak zachodzi duplikacja DNA w cyklu mitotycznym? Jaki jest sens tego procesu?

3. Na czym polega przygotowanie komórki do mitozy?

4. Opisz kolejno fazy mitozy.

5. Jakie jest biologiczne znaczenie mitozy?

<<< Назад

Do przodu >>>