Деление клеток. 
Митоз. Мейоз

Митозом называется одна из стадий клеточного цикла, в течение которого происходит непрямое деление клеток. В результате этого процесса весь наследственный материал сначала удваивается, а затем равномерно распределяется между дочерними клетками. Для эукариотических клеток митоз является основным способом деления. Длительность митоза у растительных клеток составляет 2—3 ч, а у животных — 30—60 мин. Митоз включает в себя два последовательных процесса — кариокинез (деление ядра) и цитокинез (деление цитоплазмы) (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Клеточный цикл.

Фазы митоза. Митоз включает в себя четыре сменяющие друг друга фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу (рис. 2.7).

Рис. 2.7. Фазы митоза.

На стадии профазы ДНК в ядре клетки снирализуется. В это время в микроскоп хорошо видны туго скрученные хромосомы. Каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид, объединенных в области центромеры. На этой фазе ядрышки исчезают, а центриоли расходятся к полюсам клетки. Микротрубочки, отходящие от центриолей, начинают формировать веретено деления, прикрепляясь к центромерам хромосом. Ядерная оболочка на стадии профазы разрушается, а хромосомы собираются в центре клетки.

На стадии метафазы хромосомы занимают положение, при котором их центромеры оказываются в плоскости экватора клетки. К центромере каждой из хромосом прикрепляются нити веретена деления от центросом.

На стадии анафазы каждая хромосома разделяется на две идентичные хроматиды, которые за счет микротрубочек веретена деления расходятся к противоположным полюсам клетки. В результате этого у двух полюсов клетки оказывается одинаковый генетический материал — идентичный тому, который присутствовал в клетке до начала митоза.

На стадии телофазы у полюсов клетки дочерние хромосомы деспирализуются и становятся доступными для транскрипции. Это позволяет запустить процесс синтеза белков. При этом формируются ядерпые оболочки и ядрышки, а нити веретена деления распадаются. На этом заканчивается деление ядра (кариокинез) и начинается деление клетки (цитокинез). В экваториальной плоскости у животных клеток возникает перетяжка, которая углубляется до тех пор, пока не происходит образования двух дочерних клеток. Каждая дочерняя клетка вступает в интерфазу нового клеточного цикла. Общая продолжительность митоза составляет от 0,5 до 2,5 ч.

Митоз имеет важное биологическое значение:

• — за счет митоза воспроизводятся клетки с одинаковой генетической информацией — генетически идентичные клетки;
• — в результате митоза растет и развивается организм;
• — митоз лежит в основе всех форм бесполого размножения (деления простейших, спорообразования, почкования);
• — митоз обеспечивает заживление ран и регенерацию.

Нарушение хода митоза очень опасно, так как порождает неполноценные клетки, которые могут привести к онкологическим и другим заболеваниям.

Особый вид деления клеток, при котором число хромосом в дочерних клетках уменьшается в два раза, называется мейозом. Такой вид деления необходим для сохранения постоянства числа хромосом в клетках при половом размножении. К примеру, в каждой клетке тела человека имеется двойной (диплоидный) набор хромосом, равный 46. Новый человеческий организм возникает в результате слияния яйцеклетки и сперматозоида. В клетках ребенка будет по 46 хромосом, только если в яйцеклетке и в сперматозоиде будет только одинарный (гаплоидный) набор хромосом — по 23 хромосомы.

Фазы мейоза. Мейоз включает в себя два последовательных деления: мейоз I (первое деление) и мейоз II (второе деление) (рис. 2.8).

Рис. 2.8. Схема мейоза.

Каждое из этих делений подразделяется на те же фазы, что и митоз: профазу, метафазу, анафазу, гелофазу.

Перед первым делением, как и перед митозом, в результате репликации ДНК происходит удвоение хромосом. В профазу первого деления (профаза I) спирализованные хромосомы находят гомологичную хромосому и тесно с ней скручиваются. Данный процесс называется конъюгацией. Во время конъюгации в гомологичных хромосомах могут происходить поперечные разрывы и обмен одинаковыми участками. Это явление получило название перекреста хромосом (кроссинговер).

После завершения конъюгации гомологичные хромосомы расходятся, и для клетки наступает метафаза I, во время которой гомологичные хромосомы, каждая из которых состоит из двух хроматид, располагаются друг напротив друга в экваториальной плоскости ядра клетки.

На стадии анафазы I к полюсам клетки расходятся целые гомологичные хромосомы, состоящие из двух хроматид, а не половинки хромосом — хроматиды, как во время митоза.

Анафазу I сменяет короткая телофаза I, а вслед за ней начинается второе деление мейоза (мейоз II), при котором делятся две клетки, образовавшиеся при мейозе I.

В метафазу II по экваторам этих двух клеток располагается вдвое меньше хромосом, чем в метафазу I. В анафазу II дочерние хроматиды, составлявшие раньше единую хромосому, расходятся к клеточным полюсам. В результате описанных процессов мейоз приводит к образованию из одной диплоидной клетки четырех гаплоидных клеток.

Биологическое значение мейоза заключается в том, что:

— уменьшение вдвое числа хромосом в половых клетках и их дальнейшее слияние в половом процессе обеспечивают из поколения в поколение сохранение постоянного числа хромосом в клетках каждого вида;

в процессе мейоза происходят перекрест хромосом и обмен их участками (кроссинговер), в результате чего увеличивается степень генетической изменчивости (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Схема кроссинговера хромосом в профазе первого деления мейоза.