Деление клетки

Деление клетки — это процесс образования двух или более дочерних клеток из родительской. Его биологическая роль ― рост и развитие многоклеточных организмов, обновление и восстановление тканей и органов, размножение.

Виды клеточного деления

Прокариотические клетки делятся надвое (путем амитоза). Сначала они удлиняются, в них образуется перегородка, а затем — расходятся.

У эукариотов (растений, животных, человека) различают следующие виды размножения клеток:

• вегетативный (митоз, непрямое деление) ― делится ядро, количество хромосом остается прежним;
• репродуктивный (мейоз, прямое деление) — в каждой дочерней клетке количество хромосом уменьшается вдвое.

Мейоз характерен для деления половых клеток (гамет). Остальные делятся путем митоза.

На определенном этапе клеточного цикла начинается подготовка к размножению. В этот период происходит биосинтез белка, удвоение важнейших клеточных структур: хромосомы, молекулы ДНК. Период подготовки клетки к делению называется интерфазой. Его продолжительность составляет 10—20 часов.

Фазы митоза

Большую часть клеточного цикла занимает интерфаза. В этот период происходит рост, синтез органических веществ (в том числе белка) и образование новых органелл.

Интерфаза состоит из трех подфаз:

1. G1. Клетка, содержащая 46 хромосом (по 1 хроматиде каждая), увеличивается в размерах. Происходит синтез белков, образование одномембранных рибосом и органоидов.
2. S. Хроматиды (молекулы ДНК) копируются (их становится 92). При этом число хромосом остается неизменным — 46. В результате каждая содержит по две идентичных хроматид. Они соединяются в области — центромеры.
3. G2. Клетка становится еще больше. Продолжается синтез нуклеиновых кислот и белков.

После стадии G2 начинается митотическое деление, которое состоит из следующих этапов:

1. Профаза. Хромосомы принимают форму спирали, уменьшается их функциональная активность. Копирование практически не происходит. Оболочка ядра начинает разрушаться, образуются веретена деления.
2. Метафаза. Хромосомы прикрепляются к нитям веретена, полностью утрачивают свою функциональную активность. Образуют экваториальную пластинку.
3. Анафаза. Происходит копирование центральных частей хромосом (центромеров), сестринские расходятся по нитям веретена. Когда центромеры достигают противоположных полюсов, анафаза завершается.
4. Телофаза. Хромосомы раскручиваются из спирали. Образуется ядерная оболочка. Происходит деление цитоплазмы. По центру формируется перетяжка.

После митоза образуются генетически одинаковые дочерние клетки, имеющие такой же хромосомный набор, как и материнская.

Фазы мейоза

Еще один способ деления клетки — мейоз. Этот процесс сопровождается образованием гамет (сперматозоид у мужчин и яйцеклетка у женщин). Они получают половину генетической информации от родительской клетки. Количество хромосом в два раза меньше. В процессе оплодотворения мужская и женская гаметы объединяются, образуется зигота с 46 хромосомами (по 23 от сперматозоида и яйцеклетки). После того, как она совершит цепь митозов, формируется новый организм.

Во время мейоза клеточное деление происходит в два этапа. Между ними есть интерфаза, но она настолько кратковременна, что практически незаметна. Кроме того, в течение этого периода не происходит удвоение молекулы ДНК. В результате мейоза образуются четыре дочерние клетки.

Фазы мейоза I (первый этап):

1. Профаза 1. Молекулы ДНК скручиваются. Образуются хромосомы, каждая из которых состоит из двух гомологичных хроматид. Парные хромосомы сближаются и скручиваются, формируются тетрады (биваленты). Затем они расходятся, создавая новые комбинации генов в потомстве. Оболочка ядра растворяется, ядрышки разрушаются. Образуется веретено деления.
2. Метафаза 1. Тетрады выстаиваются на экваторе веретена. Ориентация центромеров к полюсам — случайная.
3. Анафаза 1. Гомологичные хромосомы отходят к противоположным полюсам. Сестринские хроматиды все еще соединены центромерой.
4. Телофаза 1. Хромосомы раскручиваются из спиралей. Если интерфаза затягивается, не исключено образование новой оболочки ядра.

Мейоз II (второй этап) также делится на 4 фазы:

1. Профаза 2. Восстанавливается новое веретено деления. Мембрана ядра, если она образовалась в телофазе 1, растворяется.
2. Метафаза 2. Хромосомы выстраиваются в экваториальной части веретена. Его нити крепятся к центромерам.
3. Анафаза 2. Происходит расщепление центромеров. Хромосомы с двумя хроматидами разделяются. К каждому полюсу движется та, которая содержит одну хроматиду.
4. Телофаза 2. Хромосомы раскручиваются из спиралей, формируются оболочки ядер. Разделяется цитоплазма.

В результате мейоза образуются четыре дочерние клетки, генетически отличающиеся друг от друга.

Виктория Еременко

Акушер-гинеколог

Деление клетки - основа роста, развития и размножения человеческого организма.

В процессе митоза происходит равномерное распределение наследственного материала между дочерними клетками - точными копиями материнской. Они более разнообразны по строению и выполняемым функциям, что связано с активацией новых групп генов. Митоз необходим для бесполого размножения и восстановления поврежденных тканей и органов.

Мейоз обеспечивает постоянство кариотипа при половом размножении, поскольку в два раза уменьшает набор хромосом перед оплодотворением. Их количество затем восстанавливается в результате слияния мужской и женской гамет. Кроме того, мейоз приводит к образованию новых комбинаций родительских генов благодаря случайному сочетанию хромосом. Изменение их количества, формы и размеров может вызвать различные аномалии в развитии организма и даже его гибели. С другой - привести к появлению особей, более приспособленных к среде обитания.

Вопрос эксперту

Какова роль деления клеток в жизни человека?

Без митоза были бы невозможны рост и развитие многоклеточных организмов, замена тканей, восстановление органов. Мейоз способствует образованию мужских и женских гамет, участвующих в размножении. При оплодотворении они сливаются, а затем путем цикла митозов формируется новый организм.

Какие существуют типы клеточного деления? Интересуют процессы, протекающие именно в организме человека.

В организме человека клетки делятся путем митоза (большая часть) и мейоза (с образованием гамет). Некоторые из них размножаются в течение всей жизни человека, другим свойственно делиться только у новорожденных. Все зависит от их типа.

Что такое множественное деление клетки?

Такой способ клеточного размножения характерен для некоторых одноклеточных (например, малярийного плазмодия). После многократного деления ядра с помощью митоза материнская клетка становится многоядерной. Затем делится цитоплазма. Образуется множество одноядерных клеток. Такая форма размножения получила название шизогонии.

Что такое бинарное клеточное деление?

Прямым бинарным способом делятся клетки прокариот (одноклеточных организмов). К ним относятся бактерии, цианобактерии. При этом молекула ДНК удваивается.

Почему дети похожи на родителей?

Из двух родительских молекул ДНК формируется одна ДНК ребенка: часть генов приходит от матери, часть — от отца. При этом доминантные и рецессивные перемешиваются в разном соотношении. В этом причина сходства в большей мере с одним родителем и в меньшей — со вторым.