Жизненный цикл клетки

Все клетки появляются путем деления предшествующей. В составе основных тканей не все клетки продолжают делиться. Например, однажды возникнув, нервные клетки мозга уже не делятся.

Делящимся клеткам свойственен клеточный цикл, состоящий из двух основных стадий: интерфазы и митоза. Интерфаза состоит из увеличения массы клетки и удвоения хромосомной ДНК. Хромосомы остаются одинарными по структуре, хотя и удвоенными по массе, так как две копии каждой хромосомы (хроматиды) все еще соединены друг с другом по всей длине. Масса клетки увеличивается до тех пор, пока она почти вдвое не превысит начальную, а затем наступает митоз.

После того как хромосомы удвоились, каждая из дочерних клеток должна получить полный набор хромосом посредством процесса, называемого митозом. Его принято разделять на четыре стадии.

I. Профаза. Ядерная мембрана разрушается, и формируются микротрубочки в виде нитей. Особая клеточная структура — центриоль — удваивается, и две центриоли начинают расходиться к противоположным полюсам ядра. Центриоли оказывают организующее воздействие на микротрубочки, которые в результате протягиваются от одной центриоли к другой, образуя веретено деления. В это время хромосомы хорошо видны в световом микроскопе, так как находятся в спирализованном состоянии. В профазе хромосомы присоединяются к нитям веретена.

II. Метафаза. Хромосомы начинают двигаться и постепенно выстраиваются в одной плоскости на равном расстоянии от обоих полюсов. Лежащие в одной плоскости хромосомы образуют экваториальную пластинку. Хромосомы делятся на две хроматиды, после чего сестринские хроматиды полностью разъединяются.

III. Анафаза. Хроматиды каждой нары движутся в противоположных направлениях к полюсам.

IV. Телофаза. Как только хроматиды приближаются к противоположным полюсам, сама клетка начинает делиться вдоль плоскости, в которой находилась экваториальная пластинка. В итоге образуются две клетки. Хромосомы раскручиваются, нити веретена разрушаются и становятся невидимыми, вокруг хромосом формируется ядерная мембрана. Клетки возвращаются в интерфазу. Весь процесс митоза занимает около часа. Путем митоза могут делится клетки с диплоидным, гаплоидным числом хромосом, а также полиплоидные клетки.

В типичной растительной клетке образуется веретено, но отсутствуют центриоли. У грибов митоз происходит внутри ядра, без предшествующего распада ядерной мембраны. У животных и грибов деление цитоплазмы на двое происходит путем образования перетяжки, в растительной клетке образуется срединная пластинка, которая растет, перегораживая клетку пополам.

Мейоз обеспечивает образование спор у высших растений, мужских и женских гамет у животных, он свойствен всем организмам, в цикле развития которых есть чередование диплоидной и гаплоидной фазы. Особенность мейоза состоит в том, что в результате деления из одной диплоидной клетки (или ядра) образуются четыре гаплоидных клетки (или ядра). При мейозе экваториальную пластинку образуют пары гомологичных хромосом, а не удвоенные индивидуальные хромосомы, как при митозе. Парные хромосомы, каждая из которых осталась одинарной, расходятся к противоположным полюсам клетки, клетка делится, и в результате дочерние клетки получают половинный, по сравнению с зиготой, набор хромосом. Главное в мейозе то, что хромосомы удваиваются только один раз, тогда как клетка делится дважды, в результате чего происходит редукция числа хромосом и диплоидный набор превращается в гаплоидный.

Во время профазы первого деления гомологичные хромосомы конъюгируют, т. е. сближаются попарно. В результате этого очень точного процесса каждый ген оказывается напротив своего гомолога на другой хромосоме. Обе хромосомы затем удваиваются, но хроматиды остаются связанными одна с другой. В метафазе четыре соединенные хроматиды выстраиваются, образуя экваториальную пластинку, как если бы они были одной удвоенной хромосомой. В противоположность тому, что происходит при митозе, каждая дочерняя клетка получает пару хроматид, все еще связанных между собой. Во время второго деления хромосомы опять выстраиваются, образуя, как и в митозе, экваториальную пластинку, но их удвоения перед этим делением не происходит. Затем каждая хромосома расщепляется, и каждая дочерняя клетка получает по одной хроматиде.