Деление клеток

Деление клетки приводит к образованию из одной материнской клетки двух или многих дочерних. Если деление ядра материнской клетки сразу же сопровождается делением ее цитоплазмы, появляются две дочерние клетки. Но бывает и так: ядро многократно делится, а уже затем вокруг каждого из них обособляется часть цитоплазмы материнской клетки. В этом случае из одной исходной клетки сразу формируется несколько дочерних клеток.

По характеру распределения ядерного материала между дочерними клетками различают два способа деления клеток: непрямое деление — митоз и прямое деление — амитоз. Из них гораздо более распространен митоз. За исключением некоторых деталей он протекает однотипно и в животных, и в растительных клетках. Биологическое значение митоза состоит в том, что он обеспечивает очень точное распределение между дочерними клетками ядерной ДНК, находящейся в хромосомах. Благодаря этому дочерние клетки биохимически и генетически оказываются одинаково полноценными.

delenie-kletok

Митоз осуществляется в четыре последовательные фазы. Первая фаза — профаза — характеризуется видимыми изменениями в ядре клетки, которые свидетельствуют о ее подготовке к делению. Ядро разбухает, в нем видны переплетенные между собой хромосомы. Молекулы ДНК в таких хромосомах находятся в спирализованном состоянии. К концу профазы хромосомы укорачиваются и становится уже заметно, что каждая из них продольно разделена пополам, хотя обе половины, которые называются хроматидами, еще сближены. В цитоплазме на двух противоположных полюсах клетки располагаются разделившиеся центриоли. От них друг к другу тянутся ахроматиновые нити веретена. В конце профазы растворяется ядерная Оболочка.

Следующая фаза — метафаза — характерна расположением всех хромосом, еще более укоротившихся, в середине клетки, в ее экваториальной плоскости. Часть нитей ахроматинового веретена, отходяших от центриолей, прикрепляется к хромосомам. Именно в метафазе легче всего подсчитать число хромосом, рассмотреть их форму. Во всех клетках, кроме половых, число хромосом всегда четное. Все организмы одного вида имеют одинаковое число хромосом. Так, у мягкой пшеницы их 42, у твердой пшеницы — 28, у курицы — 78, у овцы — 54, а у плодовой мушки дрозофилы — 8. Кроме того, удалось установить, что четное число состоит из нескольких пар хромосом. Так, у твердой пшеницы таких пар 14 (14×2=28), у дрозофилы — 4 пары. Позже мы увидим, что не только по форме, но и по генетическим особенностям хромосомы одной пары очень сходны, а иногда и идентичны между собой. Такие парные хромосомы называются гомологичными. Поэтому сумма всех хромосом в метафазе в общем виде обозначается величиной 2n, где n — число пар гомологичных хромосом. Набор хромосом, равный 2n, называется диплоидным набором.
В метафазе некоторые нити веретена, идущие от центриолей, другими своими концами прикрепляются к хромосомам. К концу метафазы становится особенно заметно, что каждая хромосома расщеплена продольно: нити, идущие от противоположных центриолей, начинают сокращаться, и щели между половинками каждой хромосомы расширяются.

В анафазе — третьей фазе митотического деления клетки — этот процесс ускоряется. В результате одна половинка каждой хромосомы отходит к одному полюсу клетки, другая — к другому. К концу анафазы на противоположных полюсах клетки собираются все расщепившиеся хромосомы; 2n таких новых хромосом (бывших «половинок») на одном полюсе и 2n — на другом. Таким образом, каждая из двух будущих дочерних клеток получает по совершенно одинаковому набору хромосом, повторяющему набор, который имела до деления материнская клетка. В этом-то и состоит биологический смысл митоза.

Телофаза — завершающая фаза деления клетки. Собранные на полюсах материнской клетки хромосомы свиваются в клубок, утончаются. Индивидуальность каждой хромосомы уже трудно прослеживается в световом микроскопе. Однако она не теряется. На каждом полюсе клетки вокруг хромосом образуется ядерная оболочка. Цитоплазма клетки тоже начинает делиться по экваториальной плоскости. К концу телофазы вместо одной клетки возникают две новые. Так заканчивается митоз — непрямое деление клетки. Образовавшиеся дочерние клетки растут, достигают обычных для них размеров и снова начинают готовиться к следующему делению. Период между двумя делениями носит название интеркинеза.

Таким образом, жизнь каждой отдельной клетки охватывает один митоз и один интеркинез. По продолжительности митоз значительно короче интеркинеза. В тканях, где постоянно делятся клетки, митоз может длиться у разных клеток разных организмов от нескольких минут до 2-3 ч, а интеркинез — от 10 ч до 20 дней.

Во время интеркинеза в клетке осуществляются все основные процессы обмена веществ и энергии. Хромосомы в этот период хоть и не видны, но продолжают сохранять свою индивидуальность, что подтверждено целым рядом специальных экспериментов. Составляющие их внутреннюю часть молекулы ДНК находятся в деспирализованном (раскрученном) состоянии и направляют синтетические реакции в клетке. Перед следующим делением осуществляется и важный процесс самоудвоения молекул ДНК в хромосомах ядра. Процесс саморепродукции молекул ДНК был описан в предыдущей главе. Здесь лишь отметим, что саморепродукция молекул ДНК неразрывно связана с процессом удвоения и расщепления хромосом: из двух идентичных молекул ДНК одна попадает в одну половину расщепившейся хромосомы, другая — в другую. Поэтому две дочерние клетки, возникающие при делении, получают весь объем биохимической и генетической информации, которым обладала ядерная ДНК материнской клетки.
К числу важных изменений в клетке, происходящих в интерфазе и подготавливающих клетку к следующему делению, относятся: спирализация и укорочение половинок хромосом; удвоение центриолей; синтез белков будущего ахроматинового веретена. Клетка заканчивает свои рост и готова вступить в профазу следующего митоза.

При амитозе такого точного распределения ядерного вещества между дочерними клетками не происходит. В этом случае ядро просто перешнуровывается пополам, а вслед за ним — и цитоплазма клетки. Амитоз в жизни многоклеточных организмов занимает незначительное место.

В течение жизни многоклеточного организма не все его клетки постоянно делятся. Многие из них, приобретая ту или иную специализацию, перестают делиться. При этом однифункционируют в течение всей жизни организма (нервные клетки), а другие — только определенный cрок, а затем отмирают и замещаются более молодыми клетками. Так происходит, например, с эритроцитами крови млекопитающих. Каждый эритроцит, попадая в кровяное русло, уже больше не делится, живет и выполняет свои функции в течение примерно 120 дней, а затем погибает. Его место занимают новые молодые эритроциты, возникающие из делящихся клеток в специальных кроветворных органах.