В біології досить багато цікавих і загадкових тим, і одна з них – це будова клітини і процеси її життєдіяльності. У знаннях про клітці самим інтригуючим подією по праву вважається її поділ. Що таке мітоз (поділ), яка його сутність і значення? Про це йдеться у даній статті.
Види репродукції клітин
Розмноження – невід’ємна частина всього живого на нашій планеті. Ця особливість притаманна всім живим організмам і клітин як найменшої структурної одиниці організму. Виділяють наступні види поділу клітин:
- Мітоз – нестатеве поділ клітини, або ділення навпіл.
- Мейоз – ділення, при якому відбувається редукція кількості хромосом. Так утворюються статеві клітини – гамети з половинним набором хромосом.
- Эндомитоз – в даному випадку редуплікація: (подвоєння) хромосом відбувається в ядрі, клітина не ділиться, а збільшується в розмірі. Один із способів поліплоїдії – багаторазового збільшення диплоїдного набору хромосом
- Политения – клітинного поділу не відбувається, збільшується кількість хромону в хромосомах. Це також призводить до поліплоїдії і збільшення ядра і цитоплазми.
Клітинний цикл
Для розмноження клітин необхідна реплікація (подвоєння) ДНК, адже лише так можливо просте ділення клітини на дві ідентичні дочірні. Ось що таке мітоз (mitosis, з грец. міфів – нитка) – це спосіб поділу клітин з точним розподілом генетичного матеріалу між дочірніми клітинами. При цьому процес реплікації генетичного матеріалу і його розподілу між дочірніми клітинами розділені в часі.
Період, що передує митозу клітини, називається интерфазой. Саме в цей період відбувається реплікація ДНК.
Періоди між поділом (мітозом) або загибеллю клітини називається клітинним циклом.
Період інтерфази – найдовший у клітинному циклі. Він передбачає накопичення енергетичних і структурних компонентів, які потрібні для поділу, і синтез нуклеотидів, необхідних для реплікації дезоксирибонуклеиновых кислот.
Цитологія процесу
Утворення двох ідентичних материнської клітин – ось що таке мітоз. Такий тип ділення властивий усім соматичним клітинам многоклеточного організму і став одним із способів нестатеве розмноження одноклітинних. Процес мітозу розділений на чотири фази, які слідують одна за одною. Фази розділяються у відповідності з фізико-хімічним станом цитоплазми і місцем знаходження і зовнішнім виглядом хромосом. Тривалість і особливості цих фаз різні для різних типів клітин, але послідовність і головні особливості залишаються незмінними для будь-якого мітозу. Що таке стадії даного типу поділу і які їхні відмінності, розглянемо далі.
Перша фаза – профаза
На цій стадії відбувається спирализация хромосом (конденсація і ущільнення), які були подвоєні в інтерфазі. Саме на цій стадії хромосоми стають видні у світловий мікроскоп. Цитоплазма клітини стає в’язкою, руйнуються оболонки ядра, а центриоли формують веретено поділу – це система з мікротрубочок з білка тубуліну, що тягнеться від полюсів клітини до її екватора. Саме веретено поділу буде відповідати за чітке розходження хромосом.
Метафаза і анафаза – наступні стадії мітозу
Що таке відбувається далі? Саме ці дві фази вважають найголовнішими при діленні клітин. У метафазі хромосоми шикуються по екватору клітини й утворюють екваторіальну пластинку, яку називають материнською зіркою. Кожна хромосома прикріплюється до мікротрубочках веретена поділу своїми центромерами. В анафазі нитки міофібрил, які фіксують веретено поділу, починають скорочуватися і розтягують хроматиди до полюсів клітини. Анафазу називають стадією дочірніх зірок. До закінчення анафази у кожного полюса збирається диплоїдний набір хромосом.
Заключна стадія мітозу
Вона називається телофазой. На цій стадії починається процес цитокинеза – фізичного поділу клітини. Хромосоми у полюсів деспирализуются (розкручуються і зв’язуються з білками), формується ядерна оболонка і перетяжка, яка розділить клітку на дві. У рослинної клітини ця перетяжка утворюється з внутрішньоклітинної пластини, а в тваринних клітинах поділ відбувається за рахунок формування борозни ділення.
Тривалість фаз і регуляція процесу
Тривалість такого поділу різна у різного типу клітин. У тваринних клітинах він триває 30-60 хвилин, в рослинних – 2-3 години. Тривалість стадій мітозу також різна і залежить від безлічі факторів (розмір клітини, плоїдності, умови зовнішнього середовища). Однак більш тривалі фази розподілу, пов’язані з синтезом речовин – про – і телофаза. Наприклад, у клітинах ссавців профаза мітозу триває 25-30 хвилин, метафаза і анафаза – близько 15 хвилин кожна, а телофаза може тривати до 40 хвилин. В організмі багатоклітинних мітотична активність клітин контролюється нейрогуморально. У ній беруть участь нервова система, гормони органів внутрішньої секреції (наприклад, гормони надниркових залоз, гіпофізу, щитовидної залози і статеві гормони). При порушенні нейрогуморальної регуляції відбувається зміна мітотичної активності, що ми спостерігаємо в клітинах різних пухлин.
Критичні точки
Клітинний цикл – це складний процес, який вимагає суворого контролю з боку клітини. Стадії повинні проходити строго одна за іншою, при цьому важливо повне завершення попередньої. Контрольні точки – це точки, які гарантують перехід до наступних фаз і забезпечують точність передачі інформації. Виділяють три такі точки в клітинному циклі.
Перша – початок процесу реплікації ДНК і підготовка до поділу. Якщо відбудуться порушення в цій точці, це призведе до розривів ДНК і порушення цілісності хромосом.
Друга – перевірка якості і повноти реплікації спадкового матеріалу. У разі порушень в цій точці відбувається порушення каріотипу клітин.
Третя – це початок анафази мітозу, коли має відбутися розбіжність хромосом до полюсів.
Вивчення процесів, що відбуваються в цих точках, допоможе вдосконалити методи регенерації тканин і органів, знайти шляхи запобігання порушень клітинного циклу і запобігти неконтрольований поділ клітин. Порушення клітинного циклу та патологічний мітоз може бути викликаний також впливом отрут або токсинів, екстремальними факторами (перегрівання, кисневе голодування, іонізуюче випромінювання). До патологічного митозу можуть приводити і вірусні інфекції.
Біологічне значення мітозу
Такий тип ділення клітин забезпечує точну передачу спадкової інформації в ряду послідовних клітинних циклів. Ця передача зберігає каріотип (набір хромосом) організмів кожного виду і стабільність видів в процесі еволюції (історичного розвитку).
Всі соматичні клітини многоклеточного організму діляться митотически, що забезпечує ріст організму. Крім того, значення мітозу – забезпечення регенерації тканин і органів і в заміщенні клітин. Наприклад, кістковий мозок постійно оновлює склад формених елементів крові.
Безліч тварин і рослин обрали саме такий спосіб нестатеве розмноження (одноклітинні, кишковопорожнинні, різні типи і не тільки). Природним доказом повної ідентичності клітин, утворених шляхом мітозу, служать однояйцеві близнюки, які походять від однієї зиготи, яка розділилася шляхом мітозу на ранніх стадіях ембріонального розвитку.
