Митоз, мейоз и амитоз

Деление клетки происходит по вполне определенным правилам. Есть два основных процесса деления клеток это митоз и мейоз. Что такое митоз и что такое мейоз вы узнаете, прочитав эту статью. Кратко можно сказать, что митоз это простое расщепление клетки на две половинки с сообщением каждой такого же набора хромосом и генетического кода или деление соматических клеток. Мейоз это деление и образование половой клетки для последующего размножения организма. Но для начала давайте разберемся что это за набор хромосом.

В организме, размножающемся половым путем, гаметы вырабатываются только мейозом, а не митозом. Во время клеточного цикла и процесса мейоза нет. Митоз и мейоз включают в себя деление клеток на новые клетки. Мейоз создает клетки, необходимые для полового размножения, а митоз воспроизводит бесполые клетки, необходимые для роста и развития. Мейоз это процесс, при котором получаются новые половые клетки яйцеклетки или сперматозоиды. Митоз является делением клеток, которое происходит в соматических клетках.

Хромосомы: индивидуальность, парность, число

Во время деления клетки хорошо заметны хромосомы. При изучении хромосом разных видов живых организмов было обнаружено, что их набор строго индивидуален. Это касается числа, формы, черт строения и величины хромосом. Набор хромосом в клетках тела, характерный для данного вида растений, животных, называется кариотипом (Рис. 1).

В любом многоклеточном организме существует два вида клеток — соматические (клетки тела) и половые клетки, или гаметы. В половых клетках число хромосом в 2 раза меньше, чем в соматических. В соматических клетках все хромосомы представлены парами — такой набор называется диплоидным и обозначается 2n. Парные хромосомы (одинаковые по величине, форме, строению) называются гомологичными.

В половых клетках каждая из хромосом находится в одинарном числе. Такой набор называется гаплоидным и обозначается п.

Митоз. Подготовка клетки к делению

Наиболее распространенным способом деления соматических клеток является митоз. Во время митоза клетка проходит ряд последовательных стадий, или фаз, в результате которых каждая дочерняя клетка получает такой же набор хромосом, какой был у материнской клетки.

Во время подготовки клетки к делению — в период интерфазы (период между двумя актами деления) число хромосом удваивается. Вдоль каждой исходной хромосомы из имеющихся в клетке химических соединений синтезируется ее точная копия. Удвоенная хромосома состоит из двух половинок — хроматид. Каждая из хроматид содержит одну молекулу ДНК. В период интерфазы в клетке происходит процесс биосинтеза белка, удваиваются также все важнейшие структуры клетки (в т. ч. клеточный центр). Продолжительность интерфазы в среднем 10—20 ч. Затем наступает процесс деления клетки — митоз.

В клеточной биологии митоз является частью клеточного цикла, когда реплицированные хромосомы разделяются, клетки образуются путем деления митотических клеток. Важные исключения включают гаметы сперматозоиды и яйцеклетки которые вырабатываются мейозом. В контексте клеточного цикла митоз является частью процесса деления, в котором находится на каждой стадии, и почему это важно для деления хромосом.

Живые клетки проходят серию стадий, известных как клеточный цикл. Клетка разделяет скопированные хромосомы, образуя два полных набора (митоз), и клетка делится. Важно, чтобы дочерние клетки имели копию каждой хромосомы.

Митоз, процесс деления соматических клеток, был одним из наиболее близких работ Томаса У. Майера в книге «Методы клеточной биологии», доказывающей важность реорганизации митотического кератина в контексте нативной ткани. Одна клетка дает в результате две генетически идентичные дочерние клетки.

Фазы митоза

Во время митоза клетка проходит следующие четыре фазы: профаза, метафаза, анафаза, телофаза (рис. 4).

Интерфаза

Хотя технически не является частью митоза, интерфаза начинается и заканчивается митозом. Интерфаза это часть клеточного цикла, в которой клетка растет и дублирует ДНК. После того, как идентичный набор ДНК синтезируется, клетка вступает в Митоз.

Профаза

Профаза это первая стадия митоза. Во время профазы ДНК пакуется. Во время интерфазы, когда ДНК реплицируется, ДНК находится в свободной и открытой форме, чтобы позволить ферментам выполнять свою работу над ДНК и создавать новую цепь. Однако этот хроматин, как его называют, запутался бы и сломался, если бы клетка попыталась переместить его, не упаковав его. Во время профазы механизм клетки упаковывает ДНК вокруг специальных белков, называемых гистонами, которые позволяют ей упаковаться в очень плотные пакеты. Эти плотные пакеты ДНК теперь можно легко перемещать. Во время профазы появляются центриоли, центры с каждой стороны клетки, которые организуют микротрубочки. Микротрубочки в конечном итоге протянутся и захватят хромосомы ДНК.

У растений эта стадия сопровождается шагом, который перестраивает клетку, чтобы поместить ядро ​​в середину. В большинстве клеток животных ядро ​​находится в центре клетки большую часть времени. У растений его часто выталкивают в сторону большими водосодержащими вакуолями. Эта препрофаза позволяет растениям организовывать свои органеллы для деления.

Прометафаза

Для того, чтобы дублированные хромосомы были разделены, микротрубочки должны достичь их. В прометафазе ядерная оболочка, окружающая клетки, распадается. Эта мембрана отделяла ДНК от цитозоля клетки. Когда ядерная оболочка растворяется, микротрубочкам позволяют простираться от центромер до хромосом. Каждая хромосома имеет специальную область, известную как центромера, а каждая центромера имеет кинетохору. Микротрубочки способны прикрепляться к этим кинетохорам, что позволяет клетке перемещать хромосомы вокруг. Микротрубочки с каждой стороны клетки будут прикрепляться к каждой хромосоме во время прометафазы.

Метафаза

Во время метафазы микротрубочки начинают тянуть хромосомы. Каждая сторона тянет с одинаковой силой, и хромосомы оказываются в середине клетки. Эта область называется метафазной пластиной. Клетки, расположенные на метафазной пластинке, представляют собой две полные копии ДНК. Каждая хромосома выстраивается рядом со своей сестринской хроматидой или клонированной цепью ДНК.

Таким образом, когда микротрубочки разделяют хромосомы, каждая клетка получает целый функционирующий геном. Ниже изображение клетки в метафазе. Сестринские хроматиды, идентичные клоны одной и той же части ДНК, связаны между собой в своих центромерах. Во время анафазы митоза белки, которые связывают эти хроматиды, разрушаются. У каждой теперь своя собственная хромосома, идентичные половинки можно тянуть к каждой клетке.

Анафаза

Во время анафазы белки между двумя сестринскими хроматидами в каждой хромосоме будут растворяться. В вышеуказанной клетке это приведет к 8 общим хромосомам после разделения хроматид. На следующем этапе они будут разделены, чтобы создать 4 хромосомы в каждой клетке, число, которое клетка имела до того, как продублировала свою ДНК.

Теплофаза

Последняя фаза митоза, телофаза, происходит, когда хромосомы тянутся к каждой центриоли, и в клетке образуется борозда спада. Хромосомы со временем сформируют ядерную оболочку и станут их собственными клетками. Центриоли растворятся, и каждая клетка возобновит нормальное функционирование. Один важный последний шаг, цитокинез, необходим перед функционированием клетки. Этот последний процесс не шаг митоза, а начало интерфазы. После разделения клетки могут возобновить рост.

Цитокинез

Цитокинез деление клеточной цитоплазмы. Он начинается до анафазной стадии и заканчивается сразу после телофазы. Две генетически идентичные дочерние клетки образуются после окончания цитокинеза. Новые дочерние клетки являются идентичными диплоидными клетками. Каждая клетка содержит полный набор хромосом.

В процессе деления цитоплазмы все ее органоиды равномерно распределяются между дочерними клетками. Весь процесс митоза продолжается обычно 1-2 ч.

В результате митоза все дочерние клетки содержат одинаковый набор хромосом и одни и те же гены. Следовательно, митоз — это способ деления клетки, заключающийся в точном распределении генетического материала между дочерними клетками, обе дочерние клетки получают диплоидный набор хромосом.

Биологическое значение митоза

Биологическое значение митоза огромно. Функционирование органов и тканей многоклеточного организма было бы невозможно без сохранения одинакового генетического материала. Митоз обеспечивает такие важные процессы жизнедеятельности, как эмбриональное развитие, рост, поддержание структурной целостности тканей при полной утрате клеток в процессе их функционирования (замещение погибших эритроцитов, эпителия кишечника и пр.). восстановление органов и тканей после повреждения. Стоит отметить, что образование гамет у растений тоже происходит в процессе митоза (из гаплоидной споры образуются 2 гаплоидные гаметы).

Функции Митоза

Развитие.

У многоклеточных организмов жизнь всегда начинается как единая клетка, образованная из двух гамет. Эта зигота несет всю ДНК, необходимую для создания полностью функционирующего организма, но не достаточно близко к клеткам. Целью митоза является производство большего количества клеток. После первого раунда митоза осталось только две клетки. Эти клетки снова подвергаются митозу, и уже есть 4 клетки. Вскоре образуется маленький полый комок клеток, называемый бластулой.

Этот шар складывается сам по себе, так как создается все больше и больше клеток. Клетки начинают дифференцироваться, что позволяет им выполнять специальные задачи в организме. В конце концов, полностью функционирующий организм развивается и может быть рожден или выведен в мир.

У одноклеточных организмов акт митоза бесполое размножение. Одноклеточные организмы используют митоз для размножения и распределения своей ДНК. Некоторые одноклеточные организмы также размножаются половым путем. Для полового размножения большинство организмов подвергаются другому процессу, мейозу, чтобы должным образом уменьшить свою ДНК и поместить ДНК в отдельные клетки. Эти гаметы могут тогда встретиться и одна из них оплодотворится. Эта оплодотворенная гамета содержит два набора генома, которые у большинства организмов необходимы для правильного развития. У некоторых организмов есть только одна копия ДНК. Они известны как диплоидные и гаплоидные организмы соответственно.

Замена поврежденных тканей.

Вторая важная функция митоза это восстановление. Когда организм получает травму, его клетки повреждаются. Это может быть физическая травма, например порез, или повреждение от источников окружающей среды, таких как солнце. В любом случае поврежденные клетки нужно заменить. Соседние клетки, не ощущая соседних клеток, включают пути, которые запускают процесс митоза. В конце концов, новые размножающиеся клетки достигают друг друга, и область повреждения покрывается новыми ячейками. Некоторые организмы способны таким образом восстанавливать целые конечности. Ящерицы, крабы и многие другие животные могут без страха потерять хвост или коготь, так как конечность может быть восстановлена ​​посредством митоза.

Митоз играет важную роль в жизни живых организмов различными способами, как указано ниже:

1. После слияния мужской и женской гамет образуется зигота. Митоз отвечает за развитие зиготы во взрослый организм.
2. Митоз необходим для нормального роста и развития живых организмов. Это дает определенную форму определенному организму.
3. У растений митоз приводит к образованию новых частей, а именно, корней, листьев, стеблей и ветвей. Это также помогает в ремонте поврежденных частей.
4. В случае вегетативно размножающихся культур, таких как сахарный тростник, картофель и т. д., Митоз помогает в бесполом размножении. Митоз приводит к производству идентичного потомства в таких культурах.
5. Митоз полезен для поддержания чистоты типов, потому что он приводит к образованию идентичных дочерних клеток и не позволяет происходить сегрегации и рекомбинации.
6. У животных это помогает в непрерывной замене старых тканей новыми, такими как кишечный эпителий и клетки крови.

Мейоз

Половое размножение грибов, растений, животных связано с образованием специализированных половых клеток. Особый тип деления клеток, в результате которого образуются зрелые половые клетки (яйцеклетки и сперматозоиды), называется мейозом.

В половых железах в процессе образования половых клеток, как сперматозоидов, так и яйцеклеток, выделяют ряд стадий. В первой стадии — размножения — первичные половые клетки делятся путем митоза, в результате чего увеличивается их количество. Во второй стадии — роста — будущие яйцеклетки увеличиваются в размерах иногда в сотни, тысячи и более раз. Размеры сперматозоидов увеличиваются незначительно. В следующей стадии — созревания — каждая половая клетка претерпевает мейоз, состоящий из двух последовательных делений — мейоза I и мейоза II. Удвоение ДНК и хромосом происходит только перед мейозом I. В результате мейоза образуются гаметы с гаплоидным числом хромосом. Таким образом, в отличие от митоза, при котором дочерние клетки получают диплоидный набор хромосом, в результате мейоза зрелые половые клетки имеют лишь одинарный, гаплоидный, набор хромосом. При этом в каждую дочернюю клетку попадает по одной хромосоме из каждой пары, присутствовавшей в родительской клетке. Мейоз, так же как и митоз, состоит из ряда фаз.

Как и митоз, мейоз является формой эукариотического деления клеток. Однако эти два процесса распределяют генетический материал среди получающихся дочерних клеток. Важно помнить о делении клеток: две копии генома (инструкции по созданию клетки) должны быть разделены.

Мейоз является специализированной формой деления клеток, которая производит репродуктивные клетки, такие как споры растений и грибов, а также сперматозоиды и яйцеклетки.

В общем, этот процесс включает расщепление «родительской» клетки на две или более «дочерних» клеток. Таким образом, родительская клетка может передавать свой генетический материал из поколения в поколение.

Эукариотические клетки и их хромосомы.

Исходя из относительной сложности их клеток, все живые организмы широко классифицируются как прокариоты или эукариоты. Прокариоты, такие как бактерии, состоят из одной клетки с простой внутренней структурой. Их ДНК свободно плавает в клетке в виде искривленной нитевидной массы, называемой нуклеоидом. Животные, растения и грибы все эукариоты. Эукариотические клетки имеют специализированные компоненты, называемые органеллами, такие как митохондрии, хлоропласты и эндоплазматическая сеть. Каждый из них выполняет определенную функцию. В отличие от прокариот, эукариотическая ДНК упакована в центральный компартмент, называемый ядром.

Внутри эукариотического ядра длинные двойные спиральные нити ДНК плотно обернуты вокруг белков, называемых гистонами. Это формирует стержнеобразную структуру, называемую хромосомой.

Клетки в организме человека имеют 23 пары хромосом или 46 в общей сложности. Это включает две половые хромосомы: две Х-хромосомы для женщин и одну Х и одну Y-хромосому для мужчин. Поскольку каждая хромосома имеет пару, эти клетки называются «диплоидными» клетками. С другой стороны, сперматозоиды и яйцеклетки человека имеют только 23 хромосомы, или половину хромосом диплоидной клетки. Таким образом, они называются «гаплоидными» клетками.

Когда сперма и яйцеклетка объединяются во время оплодотворения, общее количество хромосом восстанавливается. Это потому, что сексуально размножающиеся организмы получают набор хромосом от каждого родителя: набор по материнской и отцовской линии. Каждая хромосома имеет соответствующую пару оромологов.

Фазы мейоза

Во время профазы I мейоза двойные хромосомы хорошо заметны в световой микроскоп. Каждая хромосома состоит из двух хроматид, соединенных между собой в области центромеры. Гомологичные хромосомы сближаются и конъюгируют, т. е, продольно тесно соединяются друг с другом (хроматида к хроматиде). При этом хроматиды часто перекручиваются или перекрещиваются. К концу профазы гомологичные хромосомы отталкиваются друг от друга. В местах перекреста хроматид происходят разрывы и обмены их участками. Это явление называется кроссинговером — перекрестом хромосом. Затем, как и в профазе митоза, растворяется ядерная оболочка, исчезает ядрышко, образуются нити веретена.

В метафазе I хромосомы располагаются в экваториальной плоскости. В анафазе 1 гомологичные хромосомы, каждая из которых состоит из двух хроматид, расходятся к противоположным полюсам клетки. В телофазе из каждой пары гомологичных хромосом в дочерних клетках оказывается по одной. Число хромосом уменьшается в 2 раза, хромосомный набор становится гаплоидным. Однако каждая хромосома состоит из двух хроматид, т. е. по- прежнему содержит удвоенное количество ДНК. Поэтому во время интерфазы между первым и вторым делениями мейоза удвоения (редупликации) ДНК не происходит.

Второе мейотическое деление идет по типу митоза. В анафазе 2 к полюсам расходятся хроматиды, которые и становятся дочерними хромосомами. Из каждой исходной клетки в результате мейоза образуется четыре клетки с гаплоидным набором хромосом.

Биологическое значение мейоза и оплодотворения

Сущность процесса оплодотворения состоит в слиянии сперматозоида с яйцеклеткой с образованием диплоидной клетки ― зиготы.

Если бы в процессе мейоза не происходило уменьшение числа хромосом, то в каждом следующем поколении в результате оплодотворения число хромосом увеличивалось бы вдвое. Благодаря мейозу зрелые половые клетки получают гаплоидное число хромосом, а при оплодотворении восстанавливается характерное для данного вида диплоидное (2n) число хромосом.

В ходе мейоза происходит перекрест и обмен участками гомологичных хромосом. Кроме того, материнские и отцовские хромосомы случайно распределяются между гаметами (гомологичные хромосомы каждой пары расходятся в стороны случайным образом независимо от других пар). Все эти процессы обеспечивают большое разнообразие гамет и увеличивают наследственную изменчивость организмов, что имеет большое значение для эволюции.

Митоз и мейоз

Эукариоты способны на два типа деления клеток: митоз и мейоз.

Митоз позволяет клеткам производить идентичные копии самих себя, что означает, что генетический материал дублируется от родительских к дочерним клеткам. Митоз производит две дочерние клетки из одной родительской клетки.

Одноклеточные эукариоты, такие как амеба и дрожжи, используют митоз для бесполого размножения и увеличения популяции. Многоклеточные эукариоты, как и люди, используют митоз для роста или заживления поврежденных тканей.

Мейоз, с другой стороны, является специализированной формой деления клеток, которая происходит в организмах, которые размножаются половым путем. Как упомянуто выше, он производит репродуктивные клетки, такие как сперматозоиды, яйцеклетки и споры в растениях и грибах.

У людей особые клетки, называемые зародышевыми клетками, подвергаются мейозу и, в конечном счете, дают сперму или яйцеклетку. Зародышевые клетки содержат полный набор из 46 хромосом (23 материнских хромосом и 23 отцовских хромосом). К концу мейоза у каждого из полученных репродуктивных клеток или гамет по 23 генетически уникальных хромосомы.

Общий процесс мейоза производит четыре дочерние клетки из одной родительской клетки. Каждая дочерняя клетка является гаплоидной, потому что она имеет половину числа хромосом как исходная родительская клетка.

Деление клетки амитоз и митоз

Деление клеток это обязательно предотвращение старения и, во-вторых, разделение индивидуума на полунезависимые единицы, что приводит к эффективности. Таким образом, мы видим, что деление клеток является широко распространенным явлением, которое необходимо не только для поддержания жизни, но и для развития самого организма.

Деление клеток удобно описать как:

1. Амитоз: Где ядро ​​и тело клетки подвергаются простому делению массы на две части.
2. Митоз: Здесь ядро ​​претерпевает сложные изменения, прежде чем оно разделяется на два дочерних ядра.

Амитоз или прямое деление клеток является средством бесполого размножения в бесклеточных организмах, таких как бактерии и простейшие, а также методом размножения или роста в плодных оболочках некоторых позвоночных.

При амитозном типе клеточного деления расщепление ядра сопровождается цитоплазматическим сужением. Во время амитоза ядро ​​сначала удлиняется, а затем приобретает вид гантели. Углубление или сужение увеличивается в размерах и в конечном итоге делит ядро ​​на два ядра, за делением ядра следует сжатие цитоплазмы, которая делит клетку на две равные или примерно одинаковые половины. Следовательно, без возникновения какого-либо ядерного события образуются две дочерние клетки.

При митозе одна клетка делится на две, которые генетически идентичны друг другу и родительской клетке. Другими словами, и хромосомы, и гены одинаковы во всех клетках. Этот тип клеточного деления необходим, если организм и/или клетка должны сохраняться и выживать.

Существует много фактов о необходимости деления клеток, и они варьируются в зависимости от конкретной биологической функции. Например, в ткани печени, когда некоторые клетки умирают или повреждены, другие делятся и дают новые клетки, чтобы пополнить те, которые потеряны.

Другие клетки в организме действительно растут (увеличиваются в размерах), и, возможно, что когда они достигают точки, где слишком много цитоплазмы далеко от заданного количества ядерного материала, они делятся, и весь процесс начинается снова. Явления роста также связаны с увеличением числа клеток. Увеличение размера ткани или органа часто обусловлено численным увеличением клеток, а не увеличением размера клеток.

При воздействии соответствующих экологических и биохимических сигналов эти клетки могут стимулироваться дифференцироваться до определенного типа клеток. Общая сумма состоит в том, что в результате любого деления организму предоставляется определенная степень пластичности и бессмертия.

Когда пластичность теряется, организм подвергается процессу старения, а когда процесс деления выходит из-под контроля, организм буквально «вырастает» до смерти!