Определение митоза

Митоз — это тип деления клеток, при котором одна материнская делится, чтобы произвести две новые генетически идентичные дочерние. В контексте клеточного цикла митоз является частью процесса деления, происходящего последовательно, при котором ДНК ядра разделяется на два равных набора хромосом:

• Во время митоза одна клетка делится один раз, чтобы сформировать две одинаковые.
• Главной целью митоза является рост и замена изношенных клеток.
• Если не исправить ошибки, возникшие во время митоза, это вызовет изменения в ДНК, что приведёт к генетическим нарушениям.

В процессе продолжительного развития и роста митоз наполняет организм клетками, а на протяжении всей жизни он заменяет старые изношенные новыми. Для одноклеточных эукариот, каковыми являются дрожжи, митотические деления фактически являются основой размножения, добавляя в популяцию новых особей.

Митоз у животных впервые смог открыть В.Флемминг в 1882 году, а в 1888 году Э. Страсбургер у растений.

Стадии деления клеток

Митоз состоит из четырёх основных стадий. Они имеют чёткую очерёдность:

• профаза;
• метафаза;
• анафаза;
• телофаза.

Здесь часто возникают расхождения, поскольку некоторые учебники перечисляют 5, разбивая профазу на раннюю фазу (интерфазу) и позднюю фазу (называемую прометафазой). Они происходят в строгом последовательном порядке, а также цитокинез, который начинается в анафазе или телофазе. Для того чтобы стало понятно, какими характеристиками обладают фазы, следует рассмотреть кратко сущность каждой из них.

Интерфаза

Почти 80% продолжительности жизни клетки тратится в межфазной стадии митоза. На этом этапе деление нет, но происходит период роста и подготовка к делению. ДНК дублируется во время этой фазы, создавая две копии каждой цепи, называемой хромосомой - молекулой ДНК, которая несёт всю или часть наследственной информации организма.

Можно перечислить стадии, характерные для интерфазы. Они разделены на:

• фазу G1,
• фазу S,
• фазу G2.

Фаза G1 — это период до синтеза ДНК, в течение которого клетка увеличивается в размерах. Во время фаз G1 клетки растут и контролируют свою среду, чтобы определить, следует ли им инициировать ещё один раунд деления.

Профаза

После подготовительной стадии интерфазы профазу считают первой истинной стадией митотического процесса. Во время ранней профазы клетка начинает разрушать одни структуры и создавать другие, готовясь к делению хромосом. Дублированные хромосомы из межфазной стадии конденсируются. Это означает, что они уплотняются и плотно наматываются. Ядерная оболочка разрушается, и на краях делящейся клетки формируется аппарат, известный как митотическое веретено.

Шпиндель состоит из сильных белков, называемых микротрубочками, которые являются частью «скелета» клетки и управляют делением посредством удлинения. Шпиндель постепенно удлиняется во время профазы. Его смысл заключается в организации хромосом и их перемещении во время деления.

К концу профазы ядерная оболочка разрушается, и микротрубочки достигают от каждого полюса до экватора. Кинетохоры, специализированные области в центромерах хромосом, — области ДНК, где сестринские хроматиды наиболее тесно связаны — прикрепляются к типу микротрубочек, называемых волокнами кинетохор. Эти волокна взаимодействуют с полярными волокнами веретена, соединяя кинетохоры с полярными волокнами, что стимулирует миграцию хромосом к ядру. Эту часть процесса иногда называют прометафазой, потому что она происходит непосредственно перед метафазой.

Метафаза

В самом начале метафазной стадии пары конденсированных хромосом выстраиваются вдоль экватора вытянутой клетки. Поскольку они уплотнены, они могут двигаться легче, не запутываясь.

Во время метафазы ядерная мембрана полностью исчезает. В клетках животных две пары центриолей располагаются на противоположных полюсах, а полярные волокна продолжают простираться от полюсов к центру. Хромосомы движутся случайным образом до тех пор, пока они не прикрепятся с обеих сторон их центромер к полярным волокнам.

Хромосомы располагаются на метафазной пластинке под прямым углом к ​​полюсам веретена и удерживаются там равными силами полярных волокон, оказывающих давление на центромеры хромосом. Метафазная пластинка не является физической структурой — это просто термин для плоскости, в которой расположены хромосомы.

Прежде чем перейти к следующей стадии анафазы, происходит проверка, все ли хромосомы находятся на метафазной пластинке, а кинетохоры правильно прикреплены к микротрубочкам. Это называется контрольной точкой шпинделя. Она обеспечивает равномерное распределение пар хромосом, также называемых сестринскими хроматидами, между двумя дочерними на стадии анафазы. Если хромосома неправильно выровнена или прикреплена, деление прекратится до тех пор, пока проблема не будет решена.

В редких случаях она не прекращает деление, и при митозе допускаются ошибки. Это может привести к изменениям ДНК, которые потенциально могут привести к генетическим нарушениям.

Анафаза

Во время анафазы сестринские хроматиды тянутся к противоположным полюсам (концам) вытянутой клетки. Белковый «клей», удерживающий их вместе, разрушается, позволяя им развалиться. Это означает, что дубликаты ДНК клетки оказываются по обе стороны от клетки и готовы полностью разделиться. Каждая сестринская хроматида теперь является собственной «полной» хромосомой. Теперь они называются дочерними хромосомами. На этом этапе микротрубочки становятся короче, что позволяет начать процесс разделения клеток.

Дочерние хромосомы проходят через механизм веретена, чтобы достичь противоположных полюсов. Когда хромосомы приближаются к полюсу, они сначала мигрируют центромерами, а волокна кинетохор сокращаются.

Телофаза

На заключительной стадии телофазы деление практически завершено. Оболочка ядра, которая ранее была разрушена, чтобы позволить микротрубочкам получить доступ и рекрутировать хромосомы к экватору делящейся клетки, превращается в две новые ядерные оболочки вокруг разделённых сестринских хроматид. Телофазу ещё называют обратной профазой, потому что во время профазы происходит спирализация и укорочение хромосом, а во время телофазы - деспирализация

Полярные волокна продолжают удлиняться, и ядра начинают формироваться на противоположных полюсах, создавая ядерные оболочки из оставшихся частей ядерной оболочки родительской клетки, плюс части эндомембранной системы. Митотический веретен распадается на свои строительные блоки, и образуются два новых ядра — по одному на каждый набор хромосом. Во время этого процесса вновь появляются ядерные мембраны и ядрышки, и хроматиновые волокна хромосом раскрываются, возвращаясь к своей прежней нитевидной форме.

После телофазы митоз практически завершён — удвоение произошло. Тем не менее, деление не завершено, пока не произойдёт цитокинез.

Цитокинез

Цитокинез — это деление цитоплазмы, начинающееся до окончания анафазы и заканчивающееся вскоре после телофазной стадии митоза.

Во время цитокинеза кольцо белков, называемых актином и миозином (те же белки, что и в мышцах), сжимает вытянутую клетку в две совершенно новые. Группа нитей из белка под названием актин ответственна за защемление, создавая складку, так называемую борозду расщепления.

Процесс отличается в растениях, потому что они имеют клеточную стенку и слишком жёсткие, чтобы делиться таким образом. В растительных клетках структура, называемая клеточной пластинкой, формируется в их середине, разделяя её на две дочерние с новой стенкой между ними.

В этот момент цитоплазма поровну поделена между двумя новыми клетками, каждая из которых генетически идентична, содержит собственное ядро ​​и полную копию ДНК организма. Теперь они начинают свой собственный путь и могут сами повторять процесс митоза в зависимости от того, кем они становятся.

Таблица по фазам

Последовательная схема

Биологическое значение

Митоз является одним из способов репликации в биологии. У одноклеточных организмов митоз является единственной жизнеспособной формой размножения. У сложных организмов роль митоза заключается в восстановлении повреждённых тканей и помощи организму осуществлять рост. Основными целями митоза являются:

• Бесполое размножение. В одноклеточном организме (амёбе) митоз — это способ размножения.
• Рост. По мере старения растений и животных, большинство из них увеличивается в размерах. Митоз создаёт клетки, необходимые для увеличения массы тела, а также большее их число, чтобы справиться с ростом, например, новые клетки крови. Особенностью является то, что не все клетки человеческого организма подвергаются митозу или другим формам размножения, например, нервные и мышечные.
• Регенерация. Некоторые животные могут регенерировать части тела. Когда организм получает травму, возникает процесс деления, чтобы заменить повреждённые клетки. Этот ремонт особенно важен для кожи и кровеносных сосудов, которые защищают и насыщают кислородом мышцы и органы в организме. Митоз также помогает заменить кровь, потерянную через рану. В некоторых организмах, таких как ящерицы, митоз может заменить целые потерянные конечности, такие как хвосты или ноги.
• Ошибки. Поскольку митоз так важен для восстановления и роста, при появлении ошибок возникают серьёзные проблемы. Одной из основных разновидностей осложнений является рак. Мутации в ДНК могут происходить во время процесса митоза, и если они не пойманы, могут возникнуть раковые клетки. Ошибки также могут возникать во время развития плода, что приводит к хромосомным расстройствам, таким как синдром Дауна и синдром Тёрнера.

Эукариоты и прокариоты

Митоз встречается только в эукариотах. Прокариоты, в которых отсутствует ядро, делятся с помощью другого процесса, называемого бинарным делением. Митоз варьируется между организмами. Например, в организме животных происходит открытый митоз, где ядерная оболочка разрушается до того, как хромосомы отделяются, тогда как грибы подвергаются закрытому митозу, где хромосомы делятся внутри неповреждённого ядра.

Большое количество клеток животных претерпевает изменение формы, известное как округление митотических клеток, чтобы принять почти сферическую морфологию в начале митоза. Большинство клеток человека получаются путём деления митотических клеток. Важные исключения включают гаметы — сперматозоиды и яйцеклетки, которые получаются в процессе мейоза.