Види мітозу. Фази мітозу: їхня характеристика. Значення мітотичного поділу клітин. Мейоз - прямий поділ

У природі існує спосіб поділу клітин-еукаріотів, при якому спочатку відбувається процес подвоєння, а потім рівномірного розподілу генетичного матеріалу між дочірніми клітинами, що утворилися. Такий процес розподілу в біології називають мітозом. У цій статті Ви докладніше дізнаєтесь про основні етапи даного процесу поділу, зможете розглянути його на схемах.

Фази мітозу

Процес поділу еукаріотів відбувається у чотири етапи:

Профаза;
Метафаза;
Анафаза;
Телофаза.

Деякі вчені на початковому етапі розглядають більшу кількість фаз. Наприклад, профазу передує препрофаза (так звана підготовка до поділу), а перед метафазою виділяють прометафазу. Однак у більшості навчальних видань всі ці доповнення поєднуються в єдину профазу мітозу.

Мал. 1. Стадії мітозу

Весь процес поділу відбувається безперервно, тому кожна фаза мітозу плавно змінюється наступною фазою.

Давайте розглянемо кожну з них окремо:

Профаза ;

На цій стадії добре проглядаються центріолі, які відіграють велику роль у ході поділу тваринної клітини.

ТОП-4 статтіякі читають разом з цією

У ядрі рослинної клітини немає центріолей, тому на схемах мітозу в основному показано поділ тваринної клітини. А все тому, що наявність центріолей робить процес розподілу наочнішим.

Мал. 2. Схема мітозу

У ході профази діляться центріолі та розходяться по полюсах. Від них відходять мікротрубочки, які є нитками веретена поділу. Саме воно регулює розбіжність хромосом до різних полюсів клітини, що ділиться. Нитки веретена мають різне призначення: одні прикріплюються до центромірів хромосом, інші розтягуються від полюса до полюса.

Наприкінці профази розчиняється ядерна оболонка, поступово зникає і ядерце, хромосоми спіралізуються, у результаті вони стають коротшими і товстішими. На цій стадії їх чітко можна побачити світловий мікроскоп.

Метафаза ;

На цьому етапі спіралеподібні хромосоми видно більш виразно, оскільки вони переміщуються до екватора веретена поділу. Також добре видно хроматиди, їх у кожної хромосоми по дві. Під час метафази мітозу у мікроскопі можна побачити, що хроматиди мають перетяжку – центроміру. Саме за її допомогою хромосоми прикріплюються до веретену. Щойно розділяється центроміра, кожна хроматида стає самостійною дочірньою хромосомою.

Анафаза ;

Є найкоротшою фазою, під час якої кожна самостійна хроматида розходиться до різних полюсів.

Телофаза ;

Тепер хромосоми знову деспіралізуються і набувають початкового вигляду. Навколо них формується ядерна оболонка з ядерцем усередині. У ньому утворюються рибосоми. Веретено поділу зникає, хромосоми вже не проглядаються у світловому мікроскопі. Відбувається рівномірний розподіл цитоплазми та її органоїдів між двома дочірніми клітинами.

Результат мітозу

Весь процес розподілу загалом займає до двох годин. Однак він безпосередньо залежить від зовнішніх факторів: температури, наявності світла та інших показників.

В результаті одержуємо з однієї клітини відразу дві, які мають однакову генетичну інформацію. Таким чином зберігається постійна кількість ДНК.

Завдяки мітозу забезпечується:

зростання організму;
передача спадкової інформації;
можливий процес безстатевого розмноження в деяких представників живої природи;

Прикладом безстатевого розмноження є вегетативне розмноження рослин, брунькування гідри та інше.

Мал. 3. Способи вегетативного розмноження рослин

відновлення клітин тканин.

Що ми дізналися?

Процес поділу клітин, у якому зберігається генетична інформація, називається мітозом. Відбувається він у чотири фази: профаза, метафаза, анафаза, телофаза. Кожна з них має свої особливості та значення. В результаті поділу з однієї материнської клітини утворюється відразу дві дочірні з однаковим набором хромосомним. Завдяки мітозу можливе зростання та розвиток організму, відновлення клітин тканин, безстатеве розмноження, а найголовніше – передача від покоління до покоління генетичного коду.

Тест на тему

Оцінка доповіді

Середня оцінка: 4.5. Усього отримано оцінок: 363.

Мітоз, каріокінез, непрямий поділ- Універсальний спосіб поділу будь-яких еукаріотичних клітин. При цьому подвоєні та конденсовані хромосоми переходять у компактну форму мітотичних хромосом. Потім утворюється веретено поділу, яке забезпечує поділ і розбіжність хромосом до протилежних полюсів клітини. Мітоз закінчується розподілом тіла клітини ( цитотомія). Біологічна сутність мітозу полягає у рівномірному розподілі генетичного матеріалу між дочірніми клітинами. Процес мітозу поділяється на кілька основних фаз: профаза, метафаза, анафаза та телофаза (рис. 2-14).

Профаза. ДНК в результаті суперспіралізації починає виявлятися під мікроскопом в ядрі клітини у вигляді паличкоподібних телець-хромосом. Процеси транскрипції у яких припиняються. Потім відбувається зникнення (дезінтеграція) ядерців та ядерної оболонки. Зменшується кількість гранулярної ендоплазматичної мережі: вона розпадається на короткі цистерни та вакуолі, знижується кількість вільних та пов'язаних з мембранами рибосом. Це призводить до майже повного припинення біосинтезу білка у клітині. Центріолі розходяться до полюсів клітини, утворюється мітотичне веретено, його нитки прикріплюються до кінетохорів хромосом

Мал. 2-14. Схема мітозу клітини. 1. Інтерфаза. 2. Профаза.

3. Метафаза. 4. Анафаза. 5. Телофаза. 6. Рання інтерфаза. (За Ю. І. Афанасьєву, Н. А. Юриною).

Метафаза. У цей період закінчується утворення веретена поділу, а хромосоми вишиковуються в екваторіальній площині клітини, утворюючи метафазну пластинку хромосом(вид збоку) або материнську зірку(Вигляд з полюсів клітини). До кінця метафази завершується процес поділу сестринських хроматид і вони залишаються пов'язаними між собою лише в області центроміру. Метафаза за тривалістю займає 30% часу всього мітозу.

Анафаза. Хромосоми розтягуються до полюсів клітини за допомогою мікротрубочок веретена поділу зі швидкістю 0,2-0,5 мкм/хв, що пов'язано з деполімеризацією та укороченням мікротрубочок та роботою білків-транслокаторів. Це найкоротша фаза мітозу, що займає за тривалістю лише кілька відсотків від часу мітозу.

Телофаза. Починається з зупинки хромосом, що розійшлися до полюсів (рання телофаза), і закінчується створенням нових інтерфазних ядер і поділом материнської клітини на дві дочірні в результаті цитотомії (пізня телофаза). При цьому хромосоми деконденсуються, утворюються ядерні оболонки та формуються нові ядерця.

Оскільки мітоз дуже складний та тонкий процес, під час поділу клітини дуже чутливі до дії фізикохімічних факторів (опромінення, токсичні речовини, лікарські препарати). При пошкодженні веретена поділу може статися або затримка мітозу метафазі, або розсіювання хромосом. При порушеннях репродукції центріолів можуть виникати багатополюсні та асиметричні мітози. Порушення процесу цитотомії призводять до появи гігантських ядер чи багатоядерних клітин.

Ендорепродукція- утворення клітин зі збільшеним вмістом хромосом та ДНК (поліплоїдних). Плоїдність– число наборів хромосом у клітині, що позначається буквою n. Пропорційний вміст ДНК у клітині позначається буквою з. У статевих клітинах набір гаплоїдний хромосом (1n і, відповідно, вони містять 1с ДНК), а в соматичних клітинах набір хромосом зазвичай диплоїдний (2n і 2с ДНК). Серед соматичних клітин зустрічаються і поліплоїдні, у яких набір хромосом більший: тетраплоїдний (4n) і навіть октаплоїдний (8n).

Поліплоїдія - утворення клітин з підвищеним (більше диплоїдного) вмістом хромосом та ДНК. Такі клітини з'являються внаслідок повної відсутності або незавершеності окремих етапів мітозу при блокаді цитотомії. При цьому після проходження S і G2 періодів клітини вступають у мітоз з тетраплоідним набором хромосом, проходять всі його фази, але не діляться на дві дочірні. Особливий спосіб поліплоїдизації - ендорепродукція. При цьому в клітині відбувається кілька циклів редуплікації ДНК (S-періодів), без подальшого утворення мітотичних хромосом та мітозу. Це призводить до прогресивного збільшення кількості ДНК у ядрі.

Двоядерні та багатоядерні клітини утворюються тоді, коли в результаті мітозу відбувається утворення двох або більше ядер, але без подальшої цитотомії.

Мейоз- спосіб поділу соматичних клітин, в результаті якого утворюються клітини з гаплоїдним набором хромосом (статеві клітини). Обидва поділу мейозу відбуваються як звичайний мітоз, однак у профазі першого поділу відбувається обмін генами між гомологічними хромосомами ( кросинговер), між першим та другим розподілом немає інтерфази і тому не відбувається редуплікації ДНК. Біологічне значення мейозу полягає в тому, що чоловічі та жіночі статеві клітини, що утворилися, несуть генетичну інформацію від батька і матері і при злитті цих клітин утворюється зигота з диплоїдним набором хромосом, що несе рівну кількість генетичної інформації від обох батьків.

Внутрішньоклітинна регенерація- Відновлення, заміна структурних компонентів клітини. У процесі життєдіяльності клітини відбувається постійне зношування та оновлення її структурних компонентів: протягом кількох годин або днів поступово повністю оновлюються всі молекули біополімерів, з яких побудовані мембрани і немембранні компоненти клітини. Поступово всі структурні компоненти клітини заміщуються нові. Це особливо важливо для клітин, які не здатні розмножуватися та регенерувати на клітинному рівні (нервові клітини, клітини серця), їх структурні компоненти протягом довгого життя клітини можуть оновлюватися багаторазово. Навіть у відносно стабільних молекулах ДНК відбувається постійна заміна (репарація) її пошкоджених фрагментів.

Адаптація клітин– процес пристосування клітин до умов існування, що змінюються. Наприклад, м'язові клітини пристосовуються до підвищеного фізичного навантаження, нервові клітини – до підвищеного розумового навантаження, клітини печінки та нирок – до впливу токсичних речовин, клітини шкіри – до підвищеного ультрафіолетового опромінення. При цьому в клітинах посилюються процеси біосинтезу білка, збільшуються розміри ядра, ядер, площа поверхні ядерної оболонки, інтенсивність транспортних та всіх необхідних обмінних процесів. Збільшується також кількість і розміри органел, необхідні посиленої роботи клітини. Все це призводить до збільшення розмірів самої клітини ( гіпертрофіяклітини). Адаптація клітин має найважливіше значення для збереження їх життєдіяльності в змінених умовах існування, у тому числі і за різних захворювань організму.

Розмноження клітин – одне із найважливіших біологічних процесів, є необхідною умовою існування всього живого. Репродукція здійснюється шляхом поділу вихідної клітини.

Клітина– це найменша морфологічна одиниця будови будь-якого живого організму, здатна до самовиробництва та саморегуляції. Час її існування від поділу до загибелі або наступної репродукції називається клітинним циклом.

Тканини та органи складаються з різних клітин, які мають свій період існування. Кожна з них росте та розвивається, щоб забезпечувати життєдіяльність організму. Тривалість мітотичного періоду різна: клітини крові та шкіри входять у процес поділу кожні 24 години, а нейрони здатні до репродукції тільки у новонароджених, а потім зовсім втрачають здатність до розмноження.

Існує 2 види поділу - пряме і непряме. Соматичні клітини розмножуються непрямим шляхом, гамет або статевим клітинам властивий мейоз (прямий поділ).

Мітоз - непрямий поділ

Мітотичний цикл

Мітотичний цикл включає 2 послідовні етапи: інтерфазу і мітотичний поділ.

Інтерфаза(Стадія спокою) – підготовка клітини до подальшого поділу, де відбувається дублювання вихідного матеріалу, з подальшим його рівномірним розподілом між новоствореними клітинами. Вона включає 3 періоди:

- Пресинтетичний(G-1) G - від англійського gar, тобто проміжок, йде підготовка до подальшого синтезу ДНК, вироблення ферментів. Експериментально проводилося пригнічення першого періоду, внаслідок чого клітина не вступала в наступну фазу.
- Синтетичний(S) - основа клітинного циклу. Відбувається реплікація хромосом та центріолей клітинного центру. Тільки після цього клітина може перейти до мітозу.
- Постсинтетичний(G-2) або премітотичний період - відбувається накопичення іРНК, яка потрібна для настання власне мітотичного етапу. У G-2 період синтезуються білки (тубуліни) - основна складова мітотичного веретена.

Після закінчення премітотичного періоду починається Мітотичний поділ. Процес включає 4 фази:

Профаза- У цей період руйнується ядерце, розчиняється мембрана ядра (нуклеолема), центріолі розташовуються на протилежних полюсах, формуючи апарат для поділу. Має дві підфази:
- рання— видно ниткоподібні тіла (хромосоми), вони ще чітко відокремлені друг від друга;
- пізня- Простежуються окремі частини хромосом.
Метафаза- Починається з моменту руйнування нуклеолеми, коли хромосоми хаотично лежать в цитоплазмі і тільки починають рухатися до екваторіальної площини. Між собою усі пари хроматид пов'язані у місці центроміру.
Анафаза– одночасно роз'єднуються всі хромосоми і рухаються до протилежних точок клітини. Це коротка та дуже важлива фаза, оскільки саме в ній відбувається точний розділ генетичного матеріалу.
Телофаза- Хромосоми зупиняються, знову утворюється ядерна мембрана, ядерця. Усередині утворюється перетяжка, вона ділить тіло материнської клітини на дві дочірні, завершуючи мітотичний процес. У новостворених клітинах знову починається G-2 період.

Мейоз - прямий поділ

Існує особливий процес репродукції, що зустрічається лише у статевих клітинах (гаметах) – це мейоз (прямий поділ). Відмінною рисою йому є інтерфази. Мейоз з однієї вихідної клітини дає чотири з гаплоїдним набором хромосом. Весь процес прямого поділу включає два послідовні етапи, які складаються з профази, метафази, анафази та телофази.

Перед початком профази у статевих клітинах відбувається подвоєння вихідного матеріалу, таким чином вона стає тетраплоідною.

Профаза 1:

Лептотена- Хромосоми проглядаються у вигляді тоненьких ниток, відбувається їх скорочення.
Зіготена- стадія кон'югації гомологічних хромосом, як наслідок утворюються біваленти. Кон'югація важливий момент мейозу, хромосоми максимально зближуються один з одним, щоб здійснити кросинговер.
Пахітена— відбувається потовщення хромосом, їх усе більше вкорочення, йде кросинговер (обмін генетичною інформацією між гомологічними хромосомами, це основа еволюції та спадкової мінливості).
Диплотена– стадія подвоєних ниток, хромосоми кожного бівалента розходяться, зберігаючи зв'язок лише області перехреста (хиазмы).
Діакінез— ДНК починає конденсуватися, хромосоми стають дуже короткими і розходяться.

Профаза закінчується руйнуванням нуклеолеми та формуванням веретена поділу.

Метафаза 1: біваленти розташовані посередині клітини.

Анафаза 1:до протилежних полюсів рухаються подвоєні хромосоми.

Телофаза 1:завершується процес поділу, клітини отримують по 23 біваленти.

Без подальшого подвоєння матеріалу клітина входить у другий етапподілу.

Профаза 2: знову повторюються всі процеси, які були в профазі 1,а саме конденсація хромосом, що розташовуються хаотично між органелами.

Метафаза 2: дві хроматиди, з'єднані в місці перехреста (уніваленти), розташовуються в екваторіальній площині, створюючи платівку, названу метафазною.

Анафаза 2:- Унівалент поділяється на окремі хроматиди або монади, і вони прямують до різних полюсів клітини.

Телофаза 2: процес поділу завершується, формується ядерна оболонка, і кожна клітина отримує 23 хроматиди.

Мейоз – важливий механізм у житті всіх організмів. В результаті такого поділу ми отримуємо 4 гаплоїдні клітини, які мають половину потрібного набору хроматиду. Під час запліднення дві гамети утворюють повноцінну диплоїдну клітину, зберігаючи властиву їй каріотип.

Важко уявити наше існування без мейотичного поділу, інакше всі організми з кожним наступним поколінням отримували б подвоєні набори хромосом.

Час від одного до наступного. Проходить у дві послідовні стадії - інтерфаза та власне розподіл. Тривалість цього процесу різна і залежить від виду клітин.

Інтерфаза є періодом між двома клітинними поділами, часом від останнього поділу до загибелі клітини або втрати здатності до поділу.

В даному періоді клітина росте і подвоює свою ДНК, а також мітохондрії та пластиди. В інтерфазі проходить інших органічних сполук. Найбільш інтенсивно процес синтезу проходить у синтетичному періоді інтерфази. У цей час подвоюються ядерні хроматиди, накопичується енергія, яка використовуватиметься під час поділу. Також збільшується кількість клітинних органел та центріолей.

Інтерфаза займає майже 90% клітинного циклу. Після неї проходить мітоз, який є основним способом поділу клітин еукаріотів (організмів, клітини яких містять сформоване ядро).

При мітозі хромосоми ущільнюються, а також утворюється спеціальний апарат, який відповідає за рівномірний розподіл спадкової інформації між клітинами, що утворюються внаслідок цього процесу.

Проходить у кілька етапів. Стадії мітозу характеризуються індивідуальними особливостями та певною тривалістю.

Фази мітозу

При мітотичному розподілі клітин проходять відповідні фази мітозу: профаза, після неї йде метафаза, анафаза, завершальною є телофаза.

Фази мітозу характеризуються такими особливостями:

Яке біологічне значення процесу мітозу?

Фази мітозу сприяють точній передачі дочірнім клітинам спадкової інформації, незалежно від кількості поділів. При цьому кожна з них одержує по 1 хроматиді, що допомагає зберігати сталість кількості хромосом у всіх клітинах, що утворюються внаслідок розподілу. Саме мітоз забезпечує передачу сталого набору генетичного матеріалу.

З ідентичним генетичним матеріалом.

Інтерфаза

Перш ніж клітина, що ділиться, потрапляє в мітоз, вона піддається періоду росту, званому інтерфазою. Близько 90% часу клітини при нормальному можуть бути витрачені на інтерфазу, яка здійснюється у три основні фази:

Фаза G1: період до синтезу ДНК У цій фазі клітина збільшується в масі, готуючи до поділу.
S-фаза:період, протягом якого відбувається синтез ДНК. У більшості клітин ця стадія відбувається за дуже короткий проміжок часу.
Фаза G2:Клітина продовжує синтез додаткових білків збільшуватися в розмірах.

В останній частині інтерфази клітина все ще має нуклеоли. Ядро обмежено ядерною оболонкою, а дублюються, але у формі хроматину. У дві пари центріолей, утворених з реплікації однієї пари, розташовані поза ядра.

Після фази G2 настає мітоз, який у свою чергу складається з кількох стадій і завершується цитокінезом (розподілом клітини).

Фази мітозу:

Препрофаза (у клітинах рослин)

Препрофаза є додатковою фазою під час мітозу, яка не зустрічається в інших еукаріотів, таких як тварини або гриби. Вона передує профазі і характеризується двома різними подіями.

Зміни, що відбуваються у препрофазі:

Утворення смуги препрофази - щільного мікротрубкового кільця під.
Початок зародження мікротрубочок у ядерній оболонці.

Профаза

У профазі конденсується у дискретні хромосоми. Ядерна оболонка ламається, а веретені поділки утворюються на протилежних полюсах клітини. Профаза (проти інтерфази) є першим істинним кроком мітотичного процесу.

Зміни, які відбуваються у профазі:

Хроматинові волокна перетворюються на хромосоми, що мають по дві, з'єднані в центромір. Волокна поділу, що складаються з мікротрубочок та білків, утворюється в .
У клітинах тварин волокна поділу спочатку з'являється як структури, які називаються астерами, які оточують кожну пару центріолей.
Дві пари центріолей (сформованих з реплікації однієї пари в інтерфазі) відходять один від одного до протилежних полюсів клітини через подовження мікротрубочок, що утворюються між ними.

Прометафаза

Прометафаза - фаза мітозу після профази та попередня метафаза в еукаріотичних соматичних клітинах. Деякі джерела відносять процеси, що протікають у прометафазі до пізньої профази та початкової стадії метафази.

Зміни, що відбуваються у прометафазі:

Ядерна оболонка розпадається.
Полярні волокна, які є мікротрубочками, що становлять волокна веретена, переміщуються від кожного полюса до екватора клітини.
Кінетохори, які є спеціалізованими областями в центромірах хромосом, прикріплюються до типу мікротрубочок, званих кінетохорними нитками.
Нитки кінетохора «взаємодіють» з веретеном поділу.
Хромосоми починають мігрувати до центру клітини.

Метафаза

У метафазі повністю розвиваються волокна поділу, а хромосоми вирівнюються на метафазній (екваторіальній) пластині (площина, яка однаково віддалена від двох полюсів).

Зміни, що відбуваються у метафазі:

Ядерна мембрана повністю зникає.
У клітинах тварин дві пари розходяться у протилежних напрямах до полюсів клітини.
Полярні волокна (мікротрубочки, складові волокна веретена) продовжують поширюватися від полюсів до центру. Хромосоми переміщаються випадковим чином, поки не приєднують (за допомогою своїх кінетохор) до полярних волокон з обох боків центромірів.
Хромосоми вирівнюються на метафазній пластині під прямим кутом до полюсів веретена.
Хромосоми утримуються на метафазній пластині рівними силами полярних волокон, які натискають їх центроміри.

Анафаза

В анафазі парні хромосоми () відокремлюються і починають рухатися до протилежних кінців (полюсів) клітини. Волокна веретена, не пов'язані з хроматидами, витягуються та подовжують клітину. Наприкінці анафази кожен полюс містить повну компіляцію хромосом.

Зміни, що відбуваються в анафазі:

Парні у кожній окремій хромосомі починають розсуватися.
Щойно парні сестринські хроматиди відокремлені друг від друга, кожна їх вважається «повної» хромосомою. Вони називаються дочірніми хромосомами.
За допомогою веретена поділу переміщуються до полюсів на протилежні кінці клітини.
Дочірні хромосоми спочатку мігрують до центроміру, а кінетохорні нитки стають коротшими, ніж хромосоми поблизу полюсів.
При підготовці до телофази два полюси клітини також віддаляються одна від одної під час анафази. Наприкінці анафази кожен полюс містить повну компіляцію хромосом.
Починається процес цитокінезу (розподіл цитоплазми вихідної клітини), який завершується після телофази.

Телофаза

У телофазі хромосоми досягають ядер нових дочірніх клітин.

Зміни, що відбуваються у телофазі:

Полярні волокна продовжують подовжуватися.
Ядра починають формуватись на протилежних полюсах.
Ядерні оболонки нових ядер утворюються із залишків ядерної оболонки материнської клітини та шматочків ендомембранної системи.
З'являються ядерця.
Розмотуються хроматинові волокна хромосом.
Після цих змін телофаза та мітоз в основному завершені, а генетичний вміст однієї клітини поділено на дві частини.

Цитокінез

Цитокінез – це поділ цитоплазми клітини. Він починається до кінця мітозу в анафазі і закінчується невдовзі після телофази. Наприкінці цитокінезу утворюються дві генетично ідентичні дочірні клітини.

Дочірні клітини

Наприкінці мітозу та цитокінезу хромосоми розподілені порівну між двома дочірніми клітинами. Ці клітини є ідентичними, кожна з яких містить повний набір хромосом.

Клітини, які продукуються через мітоз, відрізняються від клітин, що продукуються через . У мейозі утворюються чотири дочірні клітини. Ці клітини є , що містять половину числа хромосом від вихідної клітини. піддаються мейозу. При розподілі статевих клітин під час запліднення гаплоїдні клітини стають диплоїдною клітиною.