Митоз. Почему дети похожи на родителей?

Жизненный цикл

Именно в митозе одна клетка дает жизнь двум идентичным. Так создаются практически все соматические клетки, образующие ткани. В свою очередь из тканей состоят органы, которые организованы по общим функциям в системы и объединены в единый человеческий организм.

Жизненный цикл включает периоды, когда клетка просто живет и выполняет свои функции, после которых входит в митоз или переходит к апоптозу. Это запрограммированная «генами смерти» гибель, когда все её структуры разрушаются и фагоцитируются (поглощаются) макрофагами.

Человек состоит из триллионов эукариотических клеток, имеющих контролирующий центр − оформленное ядро. В нем содержатся нуклеопротеидные структуры − хромосомы, в которых «упакованы» длинные двухцепочечные молекулы ДНК. Участок ДНК, состоящий из определенного количества нуклеотидов, называются геном.

Всего у человека около 20 000 генов, в которых закодирована генетическая наследственная информация и «инструкции» для роста, развития и нормального функционирования организма. От наследуемых генов, их природы, числа и локализации, зависит на кого будет похож ребенок − его цвет волос, глаз, форма лица и носа, рост и другие фенотипические признаки. Под генетическим контролем в клетке также происходят сложные биохимические процессы, поддерживающие её жизнедеятельность.

Новая жизнь зарождается при слиянии яйцеклетки женщины и сперматозоида мужчины. Для образования специализированных половых гамет задействован другой, особый тип клеточного деления − мейоз. При таком делении количество хромосом в гаметах уменьшается до 23. При оплодотворении образуется зигота, которая уже содержит полный набор хромосом (46). Ребенку в норме передается 23 хромосомы от матери и 23 от отца, в которых содержать ДНК с генами. Это объясняет почему дети похожи на родителей.

Чтобы из оплодотворенной яйцеклетки развилась зигота, а в дальнейшем зародыш, происходит ряд последовательный митотических делений. В результате митоз обеспечивает точное распределение хромосом от материнской между дочерними клетками, то есть равномерную передачу наследственной информации, а также отвечает за сохранение нормального кариотипа (хромосомного набора). Митоз также необходим для замены старых клеток новыми и регенерации.

Способы клеточного деления

Перед митозом происходит интенсивный клеточный рост и увеличивается число важнейших структур (рибосом, митохондрий и др.). Далее в клетке происходит репликация. Сначала в хромосомах ДНК самоудваивается. Для этого двойная цепь ДНК раскручивается под воздействием ферментов на две одинарные и тут же из нуклеотидов по принципу комплементарности собираются 2 новые дочерние молекулы, состоящие из 2-х сестринских хроматид.

Это происходит в интерфазе (interphase) клеточного жизненного цикла и занимает около 20 часов. Репликация обеспечивает высокую надежность копирования наследственного материала, а также точную передачу информации из одного поколения к другому. При подготовке к делению вырабатываются нужные для деления вещества (белки) и происходит запас энергии в виде аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ).

Митоз: понятно и кратко

Чтобы понять какие процессы происходят во время митоза, стоит рассмотреть все его стадии, которые представлены в таблице. Этапы не имеют четкого деления, а непрерывно и плавно переходят один к другому.

По завершению всех митотических изменений новообразованные клетки входят в начало следующего цикла. Митоз происходит в течение 60-120 минут, что составляет около 10% от всей продолжительности жизни клетки.

Для наглядности дополнительно представлена схема митоза с последовательностью всех его стадий.

Хромосомы становятся наиболее видимыми в стадии метафазы митоза, когда имеют размеры от 2 до 10 мкм. Именно в этот период проводится исследование кариотипа, определяется число и изучается хромосомная структура. Посредством кариотипирования можно выявить синдромы Дауна, Эдвардса, Патау и другие хромосомные заболевания еще на этапе внутриутробного развития.

Нарушения нормального митотического протекания и изменения численности хромосом (слишком мало или слишком много) в дочерних клетках приводят к нарушению их функционирования, развитию патологий и даже гибели.

Нетипичное митотическое деление

Иногда встречаются разновидности нетипичного митоза.

1. Амитоз представляет собой прямое клеточное деление надвое. При этом ДНК не реплицируется и делится только ядро, а генетический материал распределяется произвольно. В итоге образуются двухъядерные клетки, не вступающие в митоз. Такой процесс иногда наблюдается в стареющих или патологических клеточных структурах.
2. Политения происходит, когда ДНК многократно реплицируется, а клетка не делится, поэтому в ядре образуются гигантские многониточные хромосомы, что приводит к увеличению плоидности. Это Сформировавшиеся политенные хромосомы также не способны к митотическому циклу.
3. Эндомитоз – подразумевает удвоение ДНК, без разделения хромосом на хроматиды, то есть за ним нет фаз ядреного и клеточного деления. В хромосомах происходит спирализация − деспирализация, что приводит к формированию полиплоидных клеток, которые нередко приводят к мутациям.

Мейоз: общие сведения

Это особый способ клеточного деления живых организмов, которые размножаются половым путем и имеют гаплоидные половые клетки (гаметы). В мейозе из одной исходной образуются 4 дочерние клетки, имеющие в 2 раза меньший, то есть гаплоидный хромосомный набор.

Это достигается за счет 2-х последовательных делений (I и II), где каждый включает 4 фазы. В интерфазе перед мейозом I происходит удвоение хромосом.  

В первом мейозном цикле формируется 2 клетки с гаплоидным набором и удвоенной ДНК. Между I и II стадиями репликация ДНК не происходит, а вторая фаза наступает сравнительно быстро и происходит следующим образом.

Гаметогенез и оплодотворение

Гаметогенез − дозревание половых клеток: яйцеклетки в яичниках женщины и сперматозоидов в семенниках мужчины. При образовании мужских гамет в процессе сперматогенеза выживают все 4 клетки (сперматозоиды), полученные в процессе мейоза, а женских гамет при оогенезе − только одна (яйцеклетка).

Репродуктивные клетки имеют гаплоидный (одинарный) хромосомный набор, а при их слиянии (оплодотворении) диплоидность соматических клеток восстанавливается, а это значит количество хромосом в ряду поколений остается постоянным.

Чьи же гены сильнее отца или матери?

Как уже говорилось выше, ребенок наследует от родителей по 23 хромосомы, получая полный кариотип в 46 хромосом с генами, из которых 22 пары − аутосомы и 1 пара − половая XX (девочка) или XY (мальчик).

Любой признак кодируется двумя генами − аллелями, расположенными на одинаковых участках гомологичных хромосом. Гены могут быть одинаковыми или отличаться. В этом случае проявляется доминантность − форма взаимодействия генов, при которой один ген доминантный, а другой − рецессивный.

Доминантный ген всегда проявляется у доминантных гомозигот, то есть у диплоидных организмов, несущих идентичные аллели, и у гетерозигот − организмов с разными аллелями. Рецессивный же ген подавляется доминантным и не проявляется в фенотипе ребенка. Он проявляется только в том случае, если находится в гомозиготном организме в паре с таким же рецессивным аллелям.

Например, среди доминантных внешних признаков:

• смуглая кожа;
• карликовость;
• леворукость;
• круглая форма лица;
• круглый нос;
• полные губы;
• темный цвет глаз;
• длинные ресницы;
• густые брови;
• темные и вьющиеся волосы.

В то же время среди рецессивных:

• светлая кожа;
• нормальный рост;
• праворукость;
• квадратная форма лица;
• заостренный нос;
• тонкие губы;
• светлые глаза;
• короткие ресницы;
• тонкие брови;
• светлые и прямые волосы.

Среди доминантных признаков A, B, AB группы крови и резус-фактор Rh+, а рецессивными является 0 группа и отсутствие резус-фактора (Rh-).

При этом варианты наследования базируются на законах, которые были сформированы Г. Менделем. Существует аутосомный тип наследования, то есть генов, локализованных в неполовых хромосомах (аутосомно-доминантный и аутосомно-рецессивный), и наследование, сцепленное с полом с X или Y-хромосомой.

Например, при аутосомно-доминантном наследовании, если у папы карие глаза (AA или Aa), а у мамы серые (aa), то вероятность передачи карих глаз ребенку составляет:

1. В первом случае, от гомозиготного папы (АА) наследуется доминантный ген карих глаз (А), а от гомозиготной мамы (аа) − рецессивный серых глаз (а), то ребенок 100% родится с карими глазами, но будет гетерозиготным носителем рецессивного гена (Аа).
2. Во втором варианте, когда папа гетерозисный носитель (Аа), а мама гомозиготная (аа), вероятность, что у ребенка будут карие глаза, составляет 50%, то есть сероглазый − будет гомозиготным (аа), а кареглазый − гетерозиготным (Аа). В дальнейшем он, как носитель «спящего» гена серых глаз может передать его своим детям.

При аутосомно-рецессивном наследовании признак проявится только у гомозиготных детей, то есть наследующих 2 одинаковых рецессивных гена.

Например, у папы вьющиеся волосы (доминантный признак − Аа), а у мамы прямые (рецессивный признак − аа), то вероятность вьющихся волос у детей составляет 50 на 50. Но если и у папы, и у мамы прямые волосы, то есть они гомозиготные по рецессивному гену − аа, то 100%, что у всех рожденных детей будут прямые волосы.

Что касается различных заболеваний, они также передаются по менделеевскому принципу доминантности и рецессивности генов. Например, близорукость и цветовое зрения преобладают над нормальным зрением и дальтонизмом, а нормальное усвоение глюкозы и свертываемость крови − над сахарным диабетом и гемофилией. Заболевание может проявится даже у детей визуально здоровых родителей, которые являются носителями гена болезни. Ребенок, получивший по одному рецессивному гену от своих родителей, будет больным.

Большинство генетических заболеваний не наносит серьёзный вред здоровью, но все же есть и тяжелые расстройства, такие как синдром Марфана, болезни Гентингтона и Виллебранда-Диана, муковисцидоз, фенилкетонурия и другие.

Екатерина Бекиш

Врач-педиатр

Способность к делению − это важнейшее свойство клеток живого организма. Именно благодаря митозу организм растет и развивается из единственной клетки − зиготы. Но самое ключевое его значение заключается не только в копировании и передаче наследственной информации, а в самой непрерывности жизни на нашей планете. В то же время мейоз отвечает за образование женских и мужских гамет, обеспечивая постоянство кариотипа при половом размножении. После оплодотворения сперматозоидом яйцеклетки, гены родителей встречаются и происходит в своем роде «схватка» на кого же будет похож ребенок.

Вопрос эксперту

Для каких клеток характерен митоз и сколько их образуется?

Митоз происходит только в эукариотических, то есть ядерных соматических клетках, из которых состоит человеческий организм. В результате такого деления из одной материнской клетки с диплоидным, то есть двойным хромосомным набором, образуется 2 генетически идентичные диплоидные дочерние клетки.

От кого зависит пол будущего ребенка?

Родится в семье мальчик или девочка зависит только от отца. Если от матери ребенок получает X-хромосому и X-хромосому от отца, то будет девочка с кариотипом по половым хромосомам XX. Если же от отца будет унаследована Y-хромосома, то родится мальчик − XY. При чем вероятность рождения детей обоих полов составляет 50%.

Почему девочки больше похожи на отцов, а мальчики на матерей?

Мальчики очень часто похожи на мам, так как наследуют X-хромосому, которая в большей мере отвечает за внешние признаки, чем Y-хромосома папы. Девочки же наследуют X-хромосому и от матери, и от отца. В этом случае девочка с одинаковой вероятностью может быть похожа на одного из родителей.

Почему ребенок может быть не похож на родителей, а больше на бабушку или на дедушку?

Любой человек имеет уникальный набор генов − генотип, базирующийся на общности генов родственников. Тут нужно учитывать и мейотический процесс, в результате которого гены обмениваются частями (кроссинговер) и образуются 4 абсолютно новые клетки с миксом генетической информацией. Ребенок вполне может получить от бабушек или дедушек любой ген, где проявится тот, который доминантный. Например, если от бабушки получен ген карих глаз или кудрявых волос, то они проявятся и у ребенка, даже если таких фенотипических признаков нет у его родителей.

Влияют ли гены на характер и интеллект ребенка?

Считается, что в генотипе человека есть гены предрасположенности к тем или иным качествам характера и психики. Конечно, запускающий фактор − это окружающая ребенка среда: условия и образ жизни, воспитание и культура в семье. Вполне вероятно, что если мама художник, то дети будут любить рисовать, а если папа врач, им может передаться интерес к медицинским наукам.