Клітинний цикл, його періоди
Які процеси відбуваються в клітці між її утворенням і діленням на дві дочірні клітини?
Удосконалення цитологічних методів і створення мікроскопів з високою роздільною можливістю дозволили вченим в 80-ті роки XIX ст. виявити важливу роль ядра і хромосом, що забезпечують спадкоємність послідовних поколінь клітин.
Періоди клітинного циклу. Молоді клітини, що утворилися в результаті поділу, не можуть негайно приступити до нового клітинного ділення. У них попередньо повинні відбутися важливі для самої клітини процеси: збільшення обсягу, зростання, формування органоїдів. Послідовність подій, що відбуваються від поділу клітини до її подальшого поділу або загибелі, називають клітинним циклом або життєвим циклом клітини.
Клітинний цикл складається з інтерфази і мітозу.
Интерфаза. Це період інтенсивного росту клітини і освіти органоїдів. Відразу після утворення дочірньої клітини в ній синтезуються РНК і білки, які необхідні для формування клітинних структур. У цей час накопичуються молекули АТФ, утворюються мітохондрії, хлоропласти, ЕПС, комплекс Гольджі, стає більш інтенсивним обмін речовин. Перед поділом клітини відбуваються синтез і реплікація (самоудвоение) ДНК. В результаті реплікації вміст ДНК у клітині подвоюється. Кожна соматична клітина має диплоїдний (2n) набір хромосом, а кожна з гомологічних (парних) хромосом в результаті реплікації ДНК складається з двох хроматид (рис. 17). Таким чином, у клітці, приступила до поділу, кожна хромосома складається з двох хроматид, абсолютно ідентичних один одному.
Потім клітка приступає до поділу, яке завершується утворенням дочірніх клітин.
Мітоз. Мітоз, непрямий розподіл, спосіб розподілу еукаріотних клітин, при якому кожна з двох дочірніх клітин отримує генетичний матеріал, ідентичний материнській клітині. Часто митозом називають тільки розподіл ядра клітини. Такий спосіб поділу клітин у рослин вперше відкрив в 1874 р російський ботанік І. Д. Чистяков, а спосіб поділу клітин тварин описав в 1878 р російський гістолог П. І. Перемежко.
Митоз включає чотири послідовні фази: профазу, метафазі, анафазу, телофазу. Ці фази пов’язані між собою непомітними переходами, кожна попередня фаза обумовлює перехід до наступної.
Профаза. У профазі хромосоми набувають вигляду клубка з тонких, слабо спіраль ниток. На самому початку профази центриоль клітинного центру ділиться на дві, які розходяться до полюсів ядра (рис. 18).
Одночасно з цим хромосоми продовжують спирализованную, після чого вони стають набагато коротше і товстіше. Потім зникають ядерця, під дією ферментів лізосом розчиняється ядерна оболонка, і хромосоми виявляються зануреними в цитоплазму.
До кінця профази в тваринних клітинах навколо центріолей утворюється промениста фігура (в клітинах вищих рослин центріолі відсутні). Одночасно виникають ахроматинового нитки, побудовані з білка і тягнуться від центріолей (якщо центріолей немає, то нитки тягнуться від полюсів клітини).
Потім занурені в цитоплазму хромосоми безладно рухаються до екватора клітини.
Метафаза. Ахроматинового нитки прикріплюються до Центромера хромосом, утворюється характерна фігура, що нагадує веретено (воно так і називається – веретено поділу). Електронний мікроскоп дозволяє встановити, що ахроматинового нитки веретена представлені микротрубочками. У метафазі двухроматідние хромосоми вишиковуються в області екватора. Рівномірне розташування хромосом створює у спостерігача враження, що вони розташовані на площині у вигляді так званої “метафазної платівки”.
У цій фазі видно всі хромосоми, саме тому підрахунок кількості хромосом, вивчення їх форми, т. Е. Дослідження каріотипу, проводять в метафазі.
Анафаза. У анафазе відбувається поділ дочірніх хроматид в області центромери, потім вони розходяться до протилежних полюсів клітини. Після цього хроматиди стають самостійними сестринськими однохроматіднимі хромосомами. Відтягування хромосом до полюсів внаслідок скорочення ниток веретена поділу відбувається швидко і одночасно.
Телофаза. Під час телофази однохроматідние хромосоми припиняють рух, деспіралізуются (розкручуються), формується ядерце, навколо разошедшихся хромосом знову утворюються ядерні оболонки (див. Рис. 18). Микротрубочки веретена поділу руйнуються, а центриоли подвоюються – реплицируются.
Тривалість кожної з фаз мітозу може бути різною – від декількох хвилин до сотень годин. Це залежить від ряду причин: типу тканини, фізіологічного стану організму, впливу екологічних факторів (температура, хімічні речовини, світло та ін.).
Після телофази відбувається розподіл цитоплазми – цитокинез. У клітинах тварин поділ цитоплазми здійснюється завдяки перетяжки, яка як поясок стискає вміст клітини від периферії до центру.
У рослинних клітинах цитокинез відбувається внаслідок утворення серединної пластинки (мембранного походження), розростається від центру до периферії.
Біологічне значення мітозу полягає в точної передачі спадкової інформації та забезпеченні генетичної стабільності організмів, так як всі клітини тіла багатоклітинних організмів утворюються шляхом мітозу з зиготи (заплідненого яйця).
У результаті мітозу збільшується число клітин організму, що забезпечує його зростання. За допомогою мітозу безстатевим шляхом розмножуються деякі види одноклітинних організмів (розмноження поділом клітин). Розподіл клітин митозом лежить в основі вегетативного розмноження.
Завдяки митозу забезпечується регенерація (відновлення) втрачених тканин і органів, а також заміщення клітин, що відбувається у багатоклітинних організмів. Наприклад, в організмі людини за один день заміщається 1011 клітин, це в основному клітини шкіри, епітелію кишечника, клітини крові.