Митоз: введение
Митоз (mitosis, от греч. mitos - нить): процесс клеточного деления (деление клеточного ядра), при котором образуются дочерние клетки, генетически идентичные друг другу и родительской клетке.
Митоз - процесс, следующий за репликацией хромосом, в результате чего дочерние клеточные ядра содержат то же число хромосом, что и родительские. Митоз имеет сложный механизм, включающий несколько фаз, необходимость которого возникла в процессе эволюции тогда, когда появились клетки с резко увеличенным количеством ДНК, упакованной в отдельные хромосомы. Особую важность приобрела задача точно распределить удвоившиеся хромосомы между дочерними клетками. Это разделение обеспечивается митотическим аппаратом. Точность, с которой работает митотический аппарат, была определена на дрожжевых клетках. Оказалось, что ошибка при расхождении хромосом происходит 1 раз на 1.000.000 делений.
Митоз включает в себя разрушение цитоплазматических микротрубочек , в профазе дочерние центры организации микротрубочек (MTOC) мигрируют к противоположным сторонам ядра. Затем происходит разрушение ядерной мембраны, и МТОС организуют митотическое веретено из микротрубочек, звездообразно расходящихся из его полюсов ( рис.2х ).
В интерфазном ядре хромосомы находятся в виде клубка тонких хроматиновых нитей, различимых только под электронным микроскопом. Их длина в десятки и даже сотни раз превышает диаметр ядра. Митоз начинается с укорочения хромосом. Оно происходит постепенно, в несколько этапов. Это стадия профазы . В начале профазы в световой микроскоп можно увидеть тонкие хроматиновые нити, спутанные в клубок, в котором не удается различить отдельные хромосомы. К концу профазы нити значительно укорачиваются и одновременно утолщаются, при этом некоторые хромосомы , особенно короткие, можно различить среди общей массы.
Ядрышко , хорошо видимое в начале профазы, к концу ее исчезает. В цитоплазме во время профазы образуются нити веретена и формируются два полюса деления.
Конец профазы знаменуется исчезновением ядерной оболочки. Наступает прометафаза . Хромосомы оказываются в цитоплазме. К центромерным районам прикрепляются микротрубочки веретена деления, и хромосомы начинают двигаться. Так как к центромерному району каждой хромосомы прикрепляются нити веретена обоих полюсов, то хромосома движется до тех пор, пока не займет центральное положение в клетке. При этом ее центромерный район оказывается на равном расстоянии от обоих полюсов. Когда все хромосомы выстраиваются таким образом, наступает стадия метафазы . В метафазе хорошо видно, что каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид, слегка обособленных друг от друга по длине хромосомы, но соединенных в центромерном районе. На этой стадии можно хорошо различать хромосомы по размерам и расположению центромерного района ( рис. 64 ). Легко можно сосчитать число хромосом в клетке. См. табл. Разные виды организмов отличаются по числу хромосом
Ученые разработали специальные методы дифференциальной окраски , с помощью которых метафазные хромосомы можно выкрасить дифференциально, т. е. неравномерно по длине. Чередование окрашенных и неокрашенных участков специфично для каждой хромосомы, поэтому даже одинаковые по размерам и расположению перетяжки хромосомы можно легко узнать (см. рис. 64 ).
Стадия метафазы очень короткая. Сразу же после выстраивания хромосом в центре клетки центромерные районы сестринских хроматид разъединяются, и они становятся независимыми одна от другой. Начинается анафаза - стадия, во время которой сестринские хроматиды, ставшие самостоятельными хромосомами, расходятся к полюсам. Движение хромосом, как и в прометафазе, обеспечивается взаимодействием центромерных районов хромосом с микротрубочками веретена . За анафазой наступает телофаза , Вокруг собранных у полюсов хромосом формируется ядерная оболочка. Хромосомы претерпевают изменения, обратные тем, которые происходили с ними в профазе: из компактных они постепенно превращаются в тонкие и длинные, неразличимые в световой микроскоп. Образуются ядрышки . Телофаза заканчивается разделением цитоплазмы - цитокинезом , и на месте материнской клетки возникают две дочерние. Разделение цитоплазмы у растений и животных происходит по-разному. В растительных клетках на месте расположения метафазных хромосом начинает строиться клеточная стенка, разделяющая материнскую клетку на две дочерние. Животные клетки благодаря эластичности клеточной мембраны делятся перешнуровкой материнской клетки ( рис. 65 ). Если органеллы цитоплазмы были более или менее равномерно распределены по всему объему материнской клетки, то после цитокинеза они окажутся в дочерних клетках примерно в равном количестве.
Итак, мы видим, что все события митоза связаны в первую очередь с преобразованиями хромосом. Это и понятно. При размножении клеток главным является точное воспроизводство генетического материала. Возникший в ходе эволюции механизм митотического деления, обеспечивает правильное разделение предварительно удвоенных хромосом между дочерними клетками.
