Митоз – когда клетка делится на две части

митоз

Что такое митоз?

Митоз – это деление одного ядра клетки, в результате которого образуются два дочерних ядра с одинаковой генетической информацией. Это происходит в клетках эукариотических организмов – у прокариот нет клеточного ядра – и обычно предшествует делению всей клетки, из которого возникают две идентичные дочерние клетки.

В клеточном цикле делящихся эукариотических клеток деление ядра и деление клетки связаны друг с другом. Поэтому митоз и цитокинез также называют митозом или М-фазой. Во время интерфазы между последовательными митозами ДНК молекула хромосомы удваивается (репликация), после чего каждая хромосома состоит из двух идентичных сестринских хроматид. Затем во время митоза эти хроматиды разделяются и расщепляются, так что каждое дочернее ядро получает половину, идентичную дочерней хромосоме. Это означает, что идентичная копия всего хромосомного генома материнской клетки может быть передана двум дочерним клеткам.

Клетка подвергается митозу, чтобы создать две идентичные диплоидные клетки.
Клетка подвергается митозу, чтобы создать две идентичные диплоидные клетки.

При митозе не происходит изменения числа хромосом, степень плоидности остается прежней. Если родительская клетка была гаплоидной, то ядра дочерних клеток также гаплоидны. Если исходная клетка была диплоидной, то ядра дочерних клеток также диплоидны.

Митоз происходит в основном в соматических клетках в организме многоклеточных организмов, в то время как типы деления клеток в репродуктивных клетках называются мейозом. Для одноклеточных организмов митоз можно рассматривать как форму бесполого размножения.

Мейоз можно отличить от митоза принципиально другим способом деления ядра, при котором сестринские хроматиды не разделяются при первом делении клетки, а приписываются вместе как гомологичные хромосомы к дочернему ядру. Он интегрирован в цикл генерации и приводит к сокращению набора хромосом и генетически разнообразных дочерних клеток.

Вы заинтересованы в расшифровке 100% вашей ДНК? Nebula Genomics предлагает самое доступное секвенирование всего генома! Начните жизнь открытий с полного доступа к вашим геномным данным, еженедельным обновлениям на основе последних научных открытий, расширенному анализу предков и мощным инструментам исследования генома. Нажмите сюда, чтобы узнать больше!

Под редакцией Кристины Сордс, доктора философии.

Функция митоза

Митоз позволяет разделить генетическую информацию, содержащуюся в хромосомах, таким образом, чтобы два ядра дочерних клеток снова получали одну и ту же генетическую информацию. Чтобы это произошло, генетический материал в ядре материнской клетки должен сначала быть продублирован – во время предыдущей интерфазы клеточного цикла. Каждая хромосома, которая изначально состоит из одной хроматиды после деления ядра, имеет две идентичные сестринские хроматиды после удвоения, которые соединены центромеры. В фазах митоза они сжимаются, прикрепляются, располагаются, разделяются и раздвигаются так, что образуются две пространственно разные, но идентичные по количеству и типу хромосом упорядоченные коллекции, между которыми затем разделяется ядро.

Хромосомы соединены центромеры, показанной пунктирной линией.
Хромосомы соединены центромеры, показанной пунктирной линией.

У многоклеточных эукариот митоз является предпосылкой для образования нового клеточного ядра и обычно, за некоторыми исключениями, также для образования новых клеток. У многоклеточных организмов, таких как человек, деление клеток происходит не во всех развитых клеточных линиях во время их развития. Таким образом, нервные клетки и мышечные клетки не размножаются после завершения дифференцировки. Эти клетки покидают постмитотический цикл деления и входят в так называемую фазу G0, так что ДНК вообще не реплицируется. Зрелые эритроциты человека больше не могут делиться, потому что у них отсутствует ядро клетки, и поэтому митоз не может быть инициирован. С другой стороны, эпителиальные клетки в кишечнике и коже размножаются намного чаще, чем в среднем, и, таким образом, обновляют внутреннюю и внешнюю поверхности тела.

Фактическое ядерное деление человеческих клеток обычно занимает около часа; интерфаза клеточного цикла непрерывно делящихся клеток, которая происходит между фазами митоза, длится значительно дольше, около 12-24 часов, в зависимости от типа клетки. У других организмов продолжительность митоза может быть больше, как у полевой фасоли, около двух часов, или короче, как у плодовой мухи, где она часто длится всего 9 минут.

Митоз можно стимулировать различными пептидами или белками, называемыми митогенами. Примером является фактор, способствующий созреванию (MPF), белковая структура циклина B с киназой (CDK 1).

Разница между митозом и мейозом

В отличие от деления митоза, мейоз – это особый тип деления ядра, при котором происходит сокращение набора хромосом и не образуются идентичные дочерние ядра. Это происходит при образовании половых клеток (например, яйцеклеток и сперматозоидов) для полового размножения и может привести к образованию четырех гаплоидных клеток из диплоидной исходной клетки за два этапа деления.

Выделяют две стадии: мейоз i и мейоз ii. На первом этапе (редукционное деление) набор хромосом делится пополам, а второй этап (деление по уравнению) приблизительно соответствует протеканию митоза с дополнительной стадией телофазы ii.

Фазы митоза

Обзор

Перед началом митоза весь геном реплицируется ДНК-полимераза .

В профазе животной клетки две центросомы разделяются и мигрируют к противоположным полюсам клетки. Центросомы действуют как центры организации микротрубочек (MTOC) и каждая из них является отправной точкой для сборки веретена митоза. У высших растений функции MTOC берут на себя другие компоненты клетки, поскольку их клетки не имеют центросом. Хромосомы конденсируются, становясь видимыми под световым микроскопом, и только теперь они видны в часто изображаемой Х-образной форме (во время интерфазы они присутствуют в удлиненной форме до нескольких сантиметров в длину, в виде тонких нитевидных структур). Поскольку хромосомы уже были продублированы в интерфазе, они состоят из двух идентичных сестринских хроматид каждая, которые все еще связаны центромерой. Конец профазы достигается, когда ядерная оболочка фрагментируется.

В прометафазе ядерная оболочка разрушается, и волокна веретена проникают от обоих полюсов к центру клетки. Теперь хромосомы можно перемещать, выравнивать и располагать с помощью прикрепленных микротрубочек.

В метафазе высококонденсированные метафазные хромосомы выравниваются микротрубочками в виде волокон веретена между полюсами веретена в середине клетки. Метафаза завершается, когда все пары хромосом попадают в эту метафазную пластинку, хромосомы выстраиваются в линию, а их кинетохоры соединяются с микротрубочками с обоих полюсов.

В анафазе две хроматиды хромосомы разделяются и растягиваются вдоль волокон веретена, сначала центромерой, в противоположных направлениях к полюсам веретена. Таким образом, на каждом полюсе собирается полный набор хроматид или дочерних хромосом. Это создает основу для двух дочерних ядер. Анафаза считается завершенной, когда хромосомы двух будущих дочерних ядер больше не расходятся дальше друг от друга.

Последняя фаза митоза называется телофазой. Он следует за предыдущей анафазой без перехода. Кинетохорные волокна разрушаются, ядерная оболочка восстанавливается, а хромосомы деконденсируются. После завершения деконденсации гены можно считать снова, и ядро снова обретает свою рабочую форму.

В большинстве случаев за телофазой следует цитокинез, с помощью которого дочерние ядра могут быть отнесены к двум дочерним клеткам. Однако это деление клеток не является частью митоза.

Визуальное изображение каждой фазы митоза. Слева направо: профаза, метафаза, анафаза, телофаза, деление клеток.
Визуальное изображение каждой фазы митоза. Слева направо: профаза, метафаза, анафаза, телофаза, деление клетки.

Профаза

Хромосомная конденсация

Во время интерфазы непрерывная двухцепочечная ДНК хромосомы свободно окружена упаковывающими белками во многих местах и поэтому доступна. В начале профазы филаменты хроматина, которые составляют хромосому, все больше конденсируются и укорачиваются за счет связывания конденсинов посредством складывания и множественных витков в петлях, спиралях и двойных спиралях.

Из-за их сильно спирализованной структуры образуются видимые структуры – ядерные петли или хроматиды хромосомы. Эти новые структуры представляют собой более компактную форму хроматиновых филаментов, пригодную для транспортировки. Кроме того, в этом состоянии участок ДНК гена недоступен и, следовательно, не может быть экспрессирован. Из-за этого ядрышко исчезает.

Формирование волокна шпинделя

В клетках животных две центросомы (каждая с парой центриолей) также были образованы путем удвоения во время интерфазы. Теперь они перемещаются к противоположным сторонам ядра и, таким образом, образуют полюсы веретена. Центросомы организуют структуру веретенообразного аппарата из микротрубочек. Сначала волокна веретена образуются из центросом в форме звезды, которую также называют звездочкой или астральной микротрубочкой.

Клетки растений не используют центриоли или центросомы; вместо этого другие структуры берут на себя задачу организации микротрубочек как элементов веретенообразного аппарата.

Прометафаза

В клетках животных прометафаза начинается с разрушения ядерной оболочки. Центросомы раздвигаются дальше к противоположным полюсам, и волокна веретена расширяются. Разрастающееся митотическое веретено проникает с обоих полюсов в нуклеоплазму с перекрывающимися связями между полюсами, называемыми полярными микротрубочками. Волокна веретена прикрепляются к центромерам хромосом, образуя кинетохоры. Они обеспечивают перемещение и выравнивание хромосомы и последующее разделение ее хроматид в области центромеры.

Метафаза

Метафаза – это третья фаза митоза, если рассматривать прометафазу как отдельную фазу.

Аппарат веретена размещает хромосомы в середине клетки примерно на равном расстоянии от полюсов веретена. Таким образом, хромосомы лежат бок о бок в исходном положении, из которого сестринские хроматиды затем могут быть отделены.

Такое расположение также называют метафазной пластиной. Микроскопические изображения этой фазы используются для визуальной идентификации отдельных хромосом из набора хромосом с целью определения кариотипа.

Контрольная точка митоза также попадает в эту фазу: только после того, как микротрубочки прикрепятся к обоим полюсам веретена, связывание между хроматидами может быть освобождено.

Изображение метафазы, где микротрубочки выстраивают хромосомы в центре клетки.
Изображение метафазы, где микротрубочки выстраивают хромосомы в центре клетки.

Анафаза

Две хроматиды хромосомы разделены и перемещаются в разных направлениях. Таким образом, сестринские хроматиды становятся дочерними хромосомами (однохроматидными хромосомами), которые транспортируются по волокнам веретена к противоположным полюсам клетки. В этом процессе волокна кинетохор укорачиваются. Между тем, микротрубочки полюсных волокон могут удлиняться, заставляя полюса отдаляться друг от друга.

Можно провести различие между расхождением хромосом – как анафаза I – и расхождением волокон полюса веретена – как анафазой II.

Телофаза

Когда дочерние хромосомы наконец достигают полюсов веретена, все более укороченные кинетохорные волокна в значительной степени разрушаются. Полярные волокна могут вначале удлиняться еще больше, пока полюса не достигнут максимального расстояния друг от друга, после чего веретено растворяется. Ядерная оболочка дочерних ядер в настоящее время в значительной степени состоит из фрагментов старой ядерной мембраны. Хромосомы снова распадаются. Ядрышки также снова появляются в каждом соответствующем ядре.

Цитокинез

В большинстве случаев клетка делится после завершения формирования ядра. В клетках животных сократительное кольцо актиновых волокон бороздит цитоплазму, разделяя клетку на две дочерние клетки.

Митоз без деления клеток

Иногда митоз не сопровождается цитокинезом. У многоклеточных животных дифференциация тканей может приводить к высоко упорядоченным отношениям, в которых функциональные клетки больше не делятся. Например, в ткани нервной системы большинство сетевых нейронов являются постмитотическими и не могут делиться. Зрелые клетки сердечной мышцы также не обладают способностью делиться.

Вы можете узнать больше о митозе Вот .