ДЕЛЕНИЕ КЛЕТОК

Клетки человеческого организма размножаются двумя способами — амитозом и митозом. Амитоз — простое деление, которым клетки размножаются сравнительно мало. При амитозе не образуются хромосомы, не удваивается количество ДНК, сохраняются оболочки ядра и ядрышко. Ядро увеличивается без изменения строения и разделяется на два. В результате образуется клетка, содержащая два ядра. В некоторых случаях разделяется и цитоплазма. Как правило, это происходит в дифференцированных клетках, например, вегетативных узлов.


Митоз, или кариокинез,— другой, наиболее распространенный, непрямой сложный вид деления ядер клеток, который обеспечивает рост организма и составляет основу его развития.

Период между митозами называется интерфазой; его продолжительность 10—20 ч. В этот период клетка увеличивается до критического размера, так как происходит синтез ДНК, РНК, гистонов и других белков. В конце интерфазы синтезируются соединения, в которых накапливается энергия, необходимая для митоза. Как правило, синтез РНК и общего белка в ядре с участием ядрышка происходит не одновременно с синтезом ДНК и гистонов, а до него. Эти два процесса взаимно исключают друг друга. Роль матрицы для синтеза РНК выполняет ДНК, не связанная с гистонами; ДНК, связанная с гистонами, не активна. Синтез РНК происходит с участием фермента полимеразы, находящегося в ядре. После завершения синтеза РНК и белков в середине интерфазы начинается одновременный синтез ДНК и гистонов. При этом количество ДНК увеличивается в 2 раза и по своему составу и строению соответствует предшествующей ДНК.

Синтез ДНК происходит, когда имеются: 1) трифосфаты четырех нуклеотидов, ее составляющих, 2) фермент полимераза, 3) небольшое количество ДНК-затравки, начинающей процесс, и 4) магний. Для синтеза необходима энергия, которая освобождается АТФ, синтезирующейся в ядре в присутствии ДНК. Синтез фосфатов четырех нуклеотидов происходит при участии особых ферментов (киназ) и регулируется обратной связью. Фермент полимераза, участвующий в синтезе ДНК, находится в цитоплазме. Количество ДНК в ядре изменяется в зависимости от физиологического состояния клетки. Одновременно с синтезом ДНК происходит синтез основных белков ядра. Объем ядра увеличивается одновременно с синтезом РНК и негистоновых белков, а во время синтеза ДНК и гистонов почти не изменяется.

После интерфазы начинается деление клетки, происходит митоз, или кариокинез, — закономерное деление ядра клетки, в результате которого каждая дочерняя клетка получает такое же количество хромосом и того же типа, как и материнская. Во время митоза синтетические процессы прекращаются, а РНК исчезает из цитоплазмы. Митоз происходит непрерывно и схематически делится на 4 фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу.

Схема кариокинеза

Рис. 15. Схема кариокинеза, 1 — покоящаяся клетка; II — профаза, плотный материнский клубок; III — рыхлый материнский клубок; IV — переход от профазы к метафазе; V — стадия экваториальной пластинки; VI — стадия материнской звезды; VII, VIIIf IX — анафаза; X — телофаза; XI — две покоящиеся дочерние клетки

В профазе хромосомы, имевшие вид перепутанного клубка тонких нитей, начинают уплотняться. Они становятся различимыми по величине и форме и каждая продольно делится на две; в результате в ядре оказываются 2 набора хромосом по 46 в каждом. Центриоль в начале профазы делится на две, и дочерние центриоли отходят в противоположные стороны клетки. Между ними образуется веретено, состоящее из тонких ахроматиновых цитоплазматических нитей, заостренное у полюсов, у центриолей, и широкое в центре, у экватора. Во время формирования веретена хромосомы свертываются в спираль, становятся короче и толще. Оболочка ядра и ядрышко растворяются. Профаза продолжается от 30 до 60 мин.

В метафазе хромосомы располагаются в плоскости экватора внутри веретена, образуя правильную фигуру (материнская звезда).Заканчивается спирализация хромосом,что приводит к их укорочению в 25 раз. Метафаза продолжается от 2 до 6 мин.

В анафазе после расположения на экваторе оба набора дочерних хромосом сразу начинают расходиться к полюсам, что продолжается 3—15 мин. Сокращение нитей веретена сходно с сокращением белковых нитей мышц (миофибрилл). В нитях веретена есть белок, близкий по составу к белку мышц (актин), и в их сокращении участвует АТФ. Скорость движения хромосом 1 мкм в минуту.

В телофазе хромосомы сближаются, располагаются параллельно и становятся невидимыми. Вокруг каждого дочернего ядра образуется оболочка, появляется ядрышко и одновременно начинает делиться цитоплазма. В плоскости экватора появляется борозда, которая постепенно углубляется и разделяет дочерние клетки. Телофаза продолжается 30—60 мин, а весь процесс митоза—1—2 ч.

Иногда при митозе число хромосом удваивается без деления ядра (полиплоидия).

Мейоз, или редукционное деление, — два клеточных деления, в результате которых у человека сперматозоид и яйцевая клетка до оплодотворения содержат по 23 хромосомы, по одной каждого сорта (гаплоидный набор хромосом). Оба мейотических деления быстро следуют друг за другом. В них, как и в митозе, различают 4 фазы. Однако в профазе каждая из хромосом не удваивается, а учетверяется: получается 23 пучка хромосом по 4 хромосомы в каждом пучке (тетрады), которые в метафазе располагаются по экватору. В результате в анафазе у каждого полюса оказывается 23 двойные хромосомы. После разделения цитоплазмы интерфаза не наступает, хромосомы не исчезают, а сразу же центриоли делятся и образуется новое веретено под прямым углом к веретену первого деления; по его экватору располагается гаплоидное число двойных хромосом, что соответствует метафазе второго деления. Поэтому телофаза первого деления и профаза второго деления непродолжительны.

Удвоения хромосом больше не происходит. В телофазе цитоплазма разделяется, хромосомы превращаются в хроматин, появляются оболочка ядра и ядрышко. Так в семенниках и яичниках образуются зрелые мужские и женские половые клетки, содержащие по 23 хромосомы.

После оплодотворения сходные мужские и женские хромосомы соединяются попарно (конъюгация), и в результате в оплодотворенной яйцевой клетке оказывается 46 хромосом (диплоидный набор). В дальнейшем происходит митоз оплодотворенной клетки.

Каждая пара из 23 хромосом человека имеет свои характерные особенности и обозначается своим номером. Самые длинные (около 10 мкм) обозначены № 1, а самые короткие (около 2,5 мкм)—№ 22. Хромосомы каждой пары соединены посредством центромеры.

Хромосомы женщины и мужчины

Рис. 16. Хромосомы женщины (вверху) и мужчины (внизу)

22 пары хромосом участвуют в развитии признаков и свойств человека и называются аутосомами. 23-я пара хромосом состоит из специфических половых хромосом, определяющих пол новорожденного. У женщин эта 23-я пара состоит из двух одинаковых икс-хромосом (XX), а мужчин — из двух различных хромосом: одна из них Х-хромосома, а другая, значительно меньших размеров, — игрек-хромосома (Y). После мейоза все яйцевые клетки содержат Х-хромосому, у мужчин половина сперматозоидов содержит Х-хромосому, а другая их половина — Y-хромосому. Из яйцевой клетки, оплодотворенной сперматозоидом с Х-хромосомой, развивается девочка, а из яйцевой клетки, оплодотворенной сперматоизоидом с Y-хромосомой, развивается мальчик.

Похожие материалы:

Дифференцировка клеток

Обмен веществ в клетке

Химический состав клетки

Строение и функции клетки


   
© Медицинские науки. Перепечатка материалов сайта без действующей обратной ссылки запрещена!