ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ

 

 

Жизненный цикл клетки

Фазы митоза. Митоз в жизненном цикле клетки

 

В многоклеточном организме клетки специализированы, т. е. имеют строго определенные строение и функции. В соответствии со специализацией клетки имеют разную продолжительность жизни.

 

Например, нервные и мышечные клетки после завершения эмбрионального периода развития перестают делиться и функционируют на протяжении всей жизни организма. Другие клетки — костного мозга, эпидермиса, эпителия тонкого кишечника — в процессе своей специфической функции быстро погибают, и поэтому в этих тканях происходит непрерывное клеточное размножение.

 

Совокупность последовательных и взаимосвязанных процессов в период подготовки клетки к делению, а также на протяжении самого митоза называется митоти- ческим циклом, который составляет часть жизненного цикла (). Из рисунка видно, что после завершения митоза клетка может вступить в период подготовки к синтезу ДНК, обозначаемый символом G,. В течение этого периода в клетке усиленно синтезируются РНК и белки, повышается активность ферментов, участвующих в биосинтезе ДНК. После завершения фазы G, клетка приступает к синтезу ДНК, или ее редупликации — удвоению. В бактериальной хромосоме в одной точке, в хромосомах эукариот одновременно во многих точках две спирали старой молекулы ДНК расходятся и каждая становится матрицей для синтеза новых цепей ДНК ( 26).

 

 Каждая из двух дочерних молекул обязательно включает одну старую спираль и одну новую. В процессе синтеза ДНК принимает участие целая группа ферментов, одним из которых является Л НК-полимера- за. Редупликация молекул ДНК происходит с удивительной точностью: новая молекула абсолютно идентична старой. В этом заключается глубокий биологический смысл, потому что нарушения структуры ЦНК, приводящие к искажению генетического кода, сделали бы невозможным сохранение и передачу по наследству генетической информации, обеспечивающей развитие полезных для организма признаков.

 

И все же под воздействием химических и физических факторов (ультрафиолетовое и ионизирующее излучения, повышенная температура) правильность структуры вновь синтезированной молекулы ДНК может нарушаться. Для ликвидации этих нарушений существует специальный фермент, который «узнает» участок молекулы ДНК, несходный с матрицей, и выщепляет его, после чего недостающий участок достраивается. Таким образом, консерватизм наследственности обеспечивают матричный синтез ДНК и система восстановления поврежденных участков молекулы.

 

Продолжительность синтеза ДНК в разных клетках неодинакова: от нескольких минут у бактерий до 6—12 ч в клетках млекопитающих. После завершения синтеза ДНК — S-фазы митотического цикла — клетка, как правило, начинает делиться не сразу. Период от окончания синтеза ДНК и до начала митоза называется фазой G2. В этот период завершается подготовка клетки к митозу. Для осуществления митотического деления клетки необходимы и другие подготовительные процессы, в том числе удвоение центриолей, синтез белков, из которых строится ахроматиновое веретено, заверше ние роста клетки.

 

При вступлении клетки в митоз меняется ее функциональная активность: например, прекращается амебоидное движение у простейших и у лейкоцитов высших животных; поглощение жидкости и деятельность сократительных вакуолей у амеб; часто исчезают специфические структуры клетки, например реснички эпителиальных клеток.

 

 

Митоз состоит из четырех фаз: профазы, метафазы, анафазы, телофазы. В профазе увеличивается объем ядра, хромисомы становятся видимыми вследствие спирализации, по две центриоли расходятся к полюсам клетки. Вследствие спирализации хромосом становится невозможным считывание генетической информации с ДНК и прекращается синтез РНК. Между полюсами протягиваются нити ахроматинового веретена — формируется аппарат, обеспечивающий расхождение хромосом к полюсам клетки. В конце профазы ядерная оболочка распадается на отдельные фрагменты, края которых смыкаются. Образуются мелкие пузырьки, сходные с эндоплазматической сетью. На протяжении профазы продолжается спирализация хромосом, которые становятся толстыми и короткими. После распада ядерной оболочки хромосомы свободно и беспорядочно лежат в цитоплазме.

 

В метафазе спирализация хромосом становится мак симальной и укороченные хромосомы устремляются к экватору клетки, располагаясь на равном расстоянии от полюсов. Центромерные участки хромосом находятся строго в одной плоскости, а сестринские центромеры и хроматиды обращены к противоположным полюсам. Митотическое веретено уже полностью сформировано и состоит из нитей, соединяющих полюса с центромерами хромосом. В метафазе отчетливо видно, что хромосома состоит из двух хроматид, соединенных только в области центромеры.

 

В анафазе центромеры разъединяются и с этого момента хроматиды становятся самостоятельными хромосомами. Нити веретена, прикрепленные к центромерам, тяьут хромосомы к полюсам клетки, а плечи хромосом при этом пассивно следуют за центромерой. Таким образом, в анафазе хроматиды удвоенных еще в интерфазе хромосом точно расходятся к полюсам клетки. В этот момент в клетке находятся два диплоидных набора хромосом.

 

Завершается митоз телофазой. Хромосомы, собравшиеся у полюсов, деспирализуются и становятся плохо видимыми. Из мембранных структур цитоплазмы образуется ядерная оболочка. В клетках животных цитоплазма делится путем перетяжки тела клетки на две меньших размеров, каждая из которых содержит один диплоидный набор хромосом. В клетках растений цито- плазматическая мембрана возникает в середине клетки и распространяется к периферии, разделяя клетку пополам. После образования поперечной цитоплазматиче- ской мембраны у растительных клеток появляется целлюлозная стенка.

 

В жизненном цикле клетки митоз — относительно короткая стадия, обычно продолжающаяся от 0,5 до 3 ч. Начиная с первого митотического деления зиготы, все дочерние клетки, образовавшиеся в результате митоза, содержат одинаковый набор хромосом и одни и те же гены. Следовательно, митоз — это способ деления клеток, заключающийся в точном распределении генетического материала между дочерними клетками. В ре зультате митоза обе дочерние клетки получают диплоидный набор хромосом.

 

Биологическое значение митоза огромно. Постоянство строения и правильность функционирования органов и тканей многоклеточного организма было бы невозможным без сохранения идентичного набора генетического материала в бесчисленных клеточных поколениях. Митоз обеспечивает такие важные явления жизнедеятельности, как эмбриональное развитие, рост, восстановление органов и тканей после повреждения, поддержание структурной целостности тканей при постоянной утрате клеток в процессе их функционирования (замещение погибших эритроцитов, слущившихся клеток кожи, эпителия кишечника и пр.).

 

 

К содержанию книги: Мамонтов. Биология, пособие

 

Смотрите также:

 

Курс биологии для поступающих в вузы  Биология — наука о живой природе  Общая биология  Молекулярная биология  совокупность наук о живой природе  БИОЛОГИЯ И ГЕНЕТИКА