Аденозинтрифосфорная кислота 2 страница

Хлоропласты ограничены двумя мембранами – внешней и внутренней. Между мембранами есть межмембранное пространство. Зеленый пигмент хлорофилл находится в системе мембран, которые погружены во внутреннее содержимое пластид (матрикс или строму). В строме находятся кольцевые молекулы ДНК, рибосомы, РНК, различные ферменты. Хлоропласты размножаются делением. Пластиды способны к синтезу собственных белков. Как и митохондрии, пластиды относят к полуавтономным органеллам. В хлоропластах происходит фотосинтез, в результате которого связывается углекислый газ, выделяется кислород и образуются органические вещества.

Хромопласты – окрашенные пластиды, не участвующие в фотосинтезе.

Их окраска обусловлена наличием красных, желтых и оранжевых пигментов. Хромопласты образуются из хлоро- или лейкопластов. Они сосредоточены в лепестках цветов и плодах. Их функция – привлечение насекомых-опылите-лей цветов и животных, распространителей плодов.

Лейкопласты – бесцветные пластиды, лишенные пигментов. Они приспособлены для хранения запасов питательных веществ (крахмала). Их особенно много в корнях, семенах, корневищах и клубнях.

 

Рибосомы относят к немембранным органеллам клетки. На рибосомах осуществляется соединение аминокислотных остатков в полипептидные цепочки (синтез белка). Рибосомы очень малы и многочисленны.

Каждая рибосома состоит из 2 частей: малой и большой субъединиц. В первую входят молекулы белка и одна молекула рибосомальной РНК (р-РНК), во вторую – белки и 3 молекулы р-РНК. Белок и р-РНК по массе в равных количествах участвуют в образовании рибосом. р-РНК синтезируется в ядрышке.

В синтезе белка, кроме рибосом, принимают участие информационная РНК (и-РНК) и транспортная РНК (т-РНК). и-РНК несет генетическую информацию о синтезе белка от ядра. Эта информация закодирована в последовательном расположении нуклеотидов в молекуле и-РНК. Последняя присоединяется к поверхности малой субъединицы. т-РНК доставляет из цитоплазмы к рибосоме необходимые аминокислоты, из которых строится полипептидная цепь. В растущей полипептидной цепи каждая аминокислота занимает соответствующее место, что определяет качество синтезируемого белка. в процессе синтеза белка рибосома перемещается вдоль и-РНК.

В синтезе одной полипептидной цепочки участвует множество рибосом, соединенных последовательно друг с другом и-РНК. Такой комплекс из рибосом называют полисомой. Рибосомы удерживают в нужном положении аминокислоты, и-РНК и т-РНК до тех пор, пока между соседними аминокислотами не образуется пептидная связь.

Рибосомы могут свободно находиться в цитоплазме или быть связанными с эндоплазматическим ретикулумом, образуя его шероховатую разновидность. Белки, образовавшиеся на рибосомах шероховатого эндоплазматического ретикулума, обычно поступают в его цистерны. Белки, синтезируемые на свободных рибосомах, остаются в гиалоплазме.

Рибосомы присутствуют также в митохондриях и пластидах.

 

Микротрубочки и микрофиламенты принадлежат к элементам цитоскелета. Микротрубочки – тончайшие цилиндры диаметром 24 нм, стенки которых образованы белком тубулином. Глобулярные субъединицы этого белка располагаются по спирали. Микротрубочки определяют направление перемещения внутриклеточных компонентов, в том числе расхождение хромосом к полюсам клетки при делении ядра.

Микрофиламенты – тонкие нити диаметром 6 нм, состоящие из белка актина. Они образуют кортикальный слой под плазмалеммой.

 

Клеточный центр располагается около ядра и состоит из парных центриолей и центросферы. Центриоли характерны для животных клеток, их нет у высших растений, низших грибов и некоторых простейших. Центриоли окружены зоной более светлой цитоплазмы, от которой радиально отходят тонкие фибриллы – центросферы. Основу центриолей составляют 9 триплетов микротрубочек, расположенных по окружности и образующих полый цилиндр. Триплеты микротрубочек по кольцу объединены фибриллами. Радиальные фибриллы от каждого триплета отходят к центру, где они соединяются друг с другом. В интерфазных клетках присутствуют 2 центриоли, расположенные под прямым углом друг к другу. Центриоли участвуют в организации цитоплазматических микротрубочек и в формировании веретена деления при митозе.

 

Базальные тельца находятся в цитоплазме в основании ресничек и жгутиков и служат для них опорой. Каждое базальное тельце представляет собой цилиндр, образованный 9 триплетами микротрубочек. Базальные тельца способны восстанавливать реснички и жгутики после их потери.

 

К органеллам специального назначения можно отнести реснички и жгутики. Они встречаются в клетках мерцательного эпителия, в сперматозоидах, у простейших, у зооспор водорослей, мхов, папоротников и т.д. клетки, имеющие реснички или жгутики, способны двигаться или обеспечивать движение тока жидкостей вдоль их поверхности. Жгутики отличаются от ресничек длиной.

Реснички и жгутики представляют собой тонкие цилиндрические выросты цитоплазмы, покрытые плазмалеммой. В основании находятся базальные тельца. На поперечном срезе видно, что по периметру располагаются 9 пар микротрубочек и одна пара в центре. Между соседними периферическими парами имеются перемычки. От каждой периферийной пары к центральной направлены радиальные нити. Ближе к основанию реснички и жгутика центральная пара микротрубочек обрывается и замещается полой осью. Периферические пары, проникая в цитоплазму, приобретают третью микротрубочку. В результате получается структура, характерная для базального тельца.

В цитоплазме клеток присутствуют включения – непостоянные компоненты, выполняющие функцию запаса питательных веществ (капли жира, глыбки гликогена), различных секретов, подготовленных к выведению из клетки. К включениям относят и некоторые пигменты (гемоглобин, липофусцин и др.). Включения синтезируются в клетке и используются в процессе обмена.

Клеточное ядро

 

Ядро в живых клетках было открыто и описано в 1833 г. английским ученым Р. Броуном. Ядро присутствует во всех эукариотических клетках, за исключением зрелых эритроцитов и ситовидных трубок растений. Как правило, клетки имеют одно ядро, но встречаются и многоядерные клетки.

Ядро бывает шаровидной или овальной формы. В некоторых клетках встречаются сегментированные ядра. Размеры ядер 3-10 мкм в диаметре.

Ядро необходимо для жизни клетки. Оно регулирует ее активность. В ядре хранится наследственная информация, заключенная в ДНК и при делении клетки передающаяся дочерним клеткам. Ядро определяет специфичность белков, синтезируемых в клетке. В ядре содержится множество белков, необходимых для обеспечения его функций. Здесь же синтезируется РНК.

Ядро имеет ядерную оболочку, отделяющую его от цитоплазмы, кариоплазму (ядерный сок), одно или несколько ядрышек, хроматин.

Ядерная оболочка состоит из двух мембран, разделенных перинуклеарным пространством. В ней имеются поры, играющие важную роль в переносе веществ в цитоплазму и выведении из нее. Поры не являются постоянными образованиями. Их число меняется в зависимости от функциональной активности ядра. Количество пор увеличивается в период наибольшей ядерной активности. Наружная мембрана ядра имеет выросты в цитоплазму, с их помощью перинуклеарное пространство связано непосредственно с эндоплазматическим ретикулумом, образуя единую систему сообщающихся каналов. Главную роль в жизнедеятельности ядра играет обмен веществ между ядром и цитоплазмой. На наружной мембране с внешней стороны находятся рибосомы, синтезирующие специфические белки.

Кариоплазма – внутреннее содержимое ядра, представляет собой раствор белков, нуклеотидов, ионов, более вязкий, чем гиалоплазма. В нем присутствуют также фибриллярные белки. В кариоплазме находятся ядрышки и хроматин. Ядерный сок обеспечивает нормальное функционирование генетического материала.

Ядрышки – обязательный компонент ядра. Они обнаруживаются в интерфазных ядрах и представляют собой мелкие тельца шаровидной формы. Ядрышки имеют большую плотность, чем ядро. Здесь происходит синтез р-РНК, других видов РНК и образование субъединиц рибосом.

Возникновение ядрышек связано с определенными зонами хромосом, называемыми ядрышковыми организаторами. Количество ядрышек определяется числом ядрышковых организаторов. В них содержатся гены р-РНК.

Хроматин (окрашенный материал) – плотное вещество ядра, хорошо окрашиваемое основными красителями. В состав хроматина входят молекулы ДНК в комплексе с белками (гистонами и негистонами) и РНК. В неделящихся (интерфазных) ядрах хроматин может равномерно заполнять объем ядра, находясь в деконденсированном состоянии. Этот диффузный хроматин (эухроматин) генетически активен. Иногда в интерфазном ядре бывают видны глыбки хроматина, представляющие собой участки конденсированного хроматина (гетерохроматина). Это неактивные участки. Например, в клетках женского организма, где присутствуют две Х-хромосомы, одна находится в активном диффузном состоянии, а вторая – в неактивном конденсированном. Во время деления ядра хроматин окрашивается интенсивнее, происходит его конденсация – образование более спирализованных (скрученных) нитей, называемых хромосомами. Термин «хромосома» был предложен в 1888 г. немецким морфологом В. Вальдейером.

Хромосома сформирована комплексом ДНК с белками – дезоксирибонуклеопротеидом. Большая часть белков представлена основными белками – гистонами, обеспечивающими специфическую укладку ДНК в хромосоме. Гистоны формируют сферические образования – нуклеосомы, вокруг которых происходит спирализация молекулы ДНК. Дезоксирибонуклеопротеид представлен в виде нитей (хромонем). Утолщенные участки хромонем называются х ромомерами.

Строение хромосом лучше всего изучать в момент их наибольшей конденсации, то есть в метафазе и начале анафазы митоза. В метафазе митоза каждая хромосома состоит из двух хроматид, образовавшихся в результате редупликации и соединенных центромерой (первичной перетяжкой). В центральной части центромеры находятся кинетохоры, к которым во время митоза прикрепляются микротрубочки нитей веретена. В анафазе хроматиды отделены друг от друга. Из них образуются дочерние хромосомы, содержащие одинаковую генетическую информацию. Центромера делит хромосому на 2 плеча. Хромосомы с равными плечами называют равноплечими или метацентрическими; с плечами неодинаковой длины – неравноплечими или субметацентрическими; с одним коротким и вторым почти незаметным плечом – палочковидными или акроцентрическими.

Некоторые хромосомы имеют вторичную перетяжку, отделяющую спутник. Вторичные перетяжки называют ядрышковыми организаторами. В них в интерфазе происходит образование ядрышка. В ядрышковых организаторах находится ДНК, отвечающая за синтез р-РНК. Плечи хромосом оканчиваются участками, называемыми теломерами, не способными соединяться с другими хромосомами.

Число, размеры и форма хромосом в наборе у разных видов могут варьировать. Совокупность признаков хромосомного набора называют кариотипом. Хромосомный набор специфичен и постоянен для особей каждого вида. У человека 46 хромосом. В соматических клетках, имеющих диплоидный набор хромосом, хромосомы парные. Их называют гомологичными. Одна хромосома в паре происходит от материнского организма, другая – от отцовского. Каждая пара хромосом в наборе индивидуальна. Хромосомы из разных пар называют негомологичными.

В кариотипе различают половые хромосомы (у человека это Х-хромосома и Y-хромосома) и аутосомы (все остальные). Половые клетки имеют гаплоидный набор хромосом.

Изменения в структуре хромосом или в их числе возникают в результате мутаций.

Лекция 6. Основы физиологии клетки.

 

Жизнедеятельность клетки как единицы биологической активности обеспечивается совокупностью взаимосвязанных, приуроченных к определенным внутриклеточным структурам, упорядоченных во времени и пространстве метаболических процессов. Эти процессы образуют 3 потока: информации, энергии и веществ. Все названные потоки осуществляются непрерывно и составляют необходимое условие охранения клетки как живой системы.

Поток информации в клетке

 

Благодаря наличию потока информации клетка на основе многовекового эволюционного опыта предков приобретает структуру, отвечающую критериям живого, поддерживает ее во времени, а также передает в ряду поколений.

В потоке информации участвуют ядро (в частности, ДНК хромосом), макромолекулы, переносящие информацию в цитоплазму (и-РНК), цитоплазматический аппарат трансляции (рибосомы и полисомы, т-РНК, ферменты активации аминокислот). На завершающем этапе этого потока полипептиды, синтезированные на полисомах, приобретают третичную и четвертичную структуры и используются в качестве катализаторов или структурных белков. Кроме основного по объему заключенной информации ядерного генома в эукариотических клетках функционируют также геномы митохондрий, а в зеленых растениях – и хлоропластов.

 

Внутриклеточный поток энергии

 

Поток энергии у представителей разных групп организмов обеспечивается механизмами энергоснабжения – брожением, фото- и хемосинтезом, дыханием.

Центральная роль в биоэнергетике клеток животных принадлежит дыхательному обмену. Он включает реакции расщепления низкокалорийного органического «топлива» в виде глюкозы, жирных кислот, аминокислот, а также использование выделяемой энергии для образования высококалорийного клеточного «топлива» в виде АТФ. Энергия АТФ, непосредственно или в виде других макроэргических соединений (например, креатинфосфат), в разнообразных метаболических процессах преобразуется в различные виды работы – химическую (биосинтезы), осмотическую (поддержание перепадов концентрации веществ), электрическую, механическую, регуляторную. Макроэргическим называют соединение, в химических связях которого запасена энергия в форме, доступной для использования в биологических процессах. Универсальным соединением такого рода служит АТФ. Основное количество энергии заключено в связи, присоединяющий третий остаток фосфорной кислоты.

Среди органелл животной клетки особое место в дыхательном обмене принадлежит митохондриям, выполняющим функцию окислительного фосфорилирования, а также матриксу цитоплазмы, в котором протекает процесс бескислородного расщепления глюкозы – анаэробный гликолиз. Из двух механизмов, обеспечивающих жизнедеятельность клетки энергией, гликолиз менее эффективен. В связи с неполным окислением, прежде всего глюкозы, в процессе гликолиза для нужд клетки извлекается не более 10% энергии. Недоокисленные продукты гликолиза поступают в митохондрии, где в условиях полного окисления отдают для нужд клетки оставшуюся в их химических связях энергию.

Особенность потока энергии растительной клетки состоит в наличии фотосинтеза – механизма преобразования энергии солнечного света в энергию химических связей органических веществ.

Механизмы клеточного энергообеспечения отличаются эффективностью. Коэффициенты полезного действия хлоропласта и митохондрии, достигая соответственно 25 и 45-60%, существенно превосходят аналогичный показатель двигателя внутреннего сгорания (17%).

 

Внутриклеточный поток веществ

 

Реакции дыхательного обмена не только поставляют энергию, но и снабжают клетку строительными белками для синтеза разнообразных молекул. Ими являются многие продукты расщепления пищевых веществ. Особая роль в этом принадлежит одному из этапов дыхательного обмена – циклу Кребса, осуществляемому в митохондриях. Через этот цикл проходит атомов углерода большинства соединений, служащих промежуточными продуктами синтеза химических компонентов клетки. В цикле Кребса происходит выбор пути превращения того или иного соединения, а также переключение обмена клетки с одного пути на другой, например с углеводного на жировой. Таким образом, дыхательный обмен одновременно составляет ведущее звено потока веществ, объединяющего метаболические пути расщепления и синтеза углеводов, белков, жиров и нуклеиновых кислот.

 

Биосинтез белка

 

Каждый вид растений и животных имеет особый, характерный только для него набор белков. Даже у особи одного вида, включая человека, белки различаются по свойствам. Набор белков – основа индивидуальной и видовой специфичности. Наследственная информация о строении белков хранится в молекулах ДНК. ДНК непосредственного участия в синтезе белков не принимает. Молекулы ДНК входят в состав хромосом ядра, а сборка белковых молекул осуществляется в цитоплазме на рибосомах. Информация к рибосомам из ядра поступает через посредника – и-РНК.

Для перевода последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК и и-РНК в последовательность аминокислот в синтезируемой молекуле белка используется специальный «шифр» – генетический код. Генетический код – это система записи информации в молекулах и-РНК, которая отражена в последовательности нуклеотидов, предопределяющих порядок расположения аминокислот в молекулах белков. Информация «переписывается» в ядре с молекулы ДНК на и-РНК.

Свойства генетического кода

1. Триплетность. Одну аминокислоту кодирует последовательность из трех нуклеотидов, названная триплетом, или кодоном.

2. Вырожденность. Каждая аминокислота зашифрована более, чем одним кодоном. Исключение – метионин и триптофан, которые кодируются только одним триплетом. Для кодирования 20 аминокислот используется 61 комбинация нуклеотидов. Триплет АУГ, кодирующий метионин, называют стартовым. С него начинается синтез белка. Три кодона (УАА, УАГ, УГА) несут информацию о прекращении синтеза белка. Их называют триплетами терминации.

3. Универсальность. У всех организмов на Земле одни и те же триплеты кодируют одинаковые аминокислоты.

4. Однозначность. Каждый триплет кодирует тольо одну аминокислоту.

5. Колинеарность – совпадение последовательностей аминокислот в синтезируемой молекуле белка с последовательностью триплетов в и-РНК.

 

Этапы синтеза белка

Всю последовательность процессов, происходящих при синтезе белковых молекул, можно представить в виде трех этапов: транскрипции, процессинга и трансляции.

1. Транскрипция – процесс синтеза молекулы и-РНК на молекуле ДНК, выступающей в роли матрицы. Молекула ДНК на участке гена раскручивается, и списывание информации происходит с одной из двух нитей молекулы ДНК, называемой кодогенной. Сборку молекулы и-РНК по принципу комплементарности осуществляет фермент РНК-полимераза. Скорость сборки достигает 50 нуклеотидов в секунду. Списывание происходит только с части молекулы ДНК (гена), длина молекулы и-РНК в сотни раз короче, чем ДНК. Некоторые участки и-РНК не несут информацию о будущей молекуле белка. Их присутствие связано с особенностями строения генов и механизма транскрипции. Эти участки молекулы и-РНК, называемые интронами, необходимо удалить.

2. Процессинг – процесс созревания молекулы и-РНК, сопровождающийся удалением интронов и сращиванием (сплайсингом) остающихся фрагментов (экзонов – кодирующих последовательностей). Поэтому длина созревшей и направляющейся к рибосомам молекулы и-РНК оказывается короче первоначальной. Такую РНК называют матричной (м-РНК).

3. Трансляция – синтез полипептидных цепей белков по матрице м-РНК на рибосомах. Аминокислоты, из которых синтезируются белки, доставляются к рибосомам с помощью специальных т-РНК. Молекулы т-РНК, состоящие из 85-100 нуклеотидов, способны сворачиваться таким образом, что напоминают по форме лист клевера. В клетке присутствует около 40 молекул т-РНК. На вершине листа т-РНК имеется триплет, называемый антикодоном. Он комплементарен нуклеотидам кодона м-РНК. К основанию молекулы т-РНК присоединяется соответствующая аминокислота – та, которую кодирует триплет, комплементарный антикодону. Это процесс осуществляется с помощью фермента – кодазы, с затратой энергии АТФ.

Трансляция состоит из 3-х последовательных фаз: инициации, элонгации и терминации.

· Инициация. На этом этапе происходит сборка всего комплекса, участвующего в синтезе молекулы белка. Последовательно объединяются м-РНК, малая субъединица рибосомы, первая т-РНК со своей аминокислотой, специальные ферменты, называемые факторами инициации, и большая субъединица рибосомы.

· Элонгация. В молекуле любой м-РНК есть участок, комплементарный р-РНК малой субъединицы рибосомы и специфически ею управляемый. Рядом с ним находится инициирующий стартовый кодон АУГ, кодирующий аминокислоту метионин.

На рибосоме имеются 2 участка для связывания двух молекул т-РНК. в одном участке, называемом пептидильным, уже находится первая т-РНК. это всегда одна и та же т-РНК, несущая аминокислоту метионин. С него начинается синтез любой молекулы белка. Во второй участок рибосомы – а миноацильный – поступает вторая молекула т-РНК и присоединяется к своему кодону. Между метионином и второй аминокислотой образуется пептидная связь. Вторая т-РНК перемещается вместе со своим кодоном м-РНК в пептидильный центр. Перемещение т-РНК с полипептидной цепочки из аминоацильного участка в пептидильный сопровождается продвижением рибосомы по м-РНК на шаг, соответствующий одному кодону. Это этап требует затраты энергии. т-РНК, доставившая метионин, возвращается в цитоплазму. Аминоацильный центр освобождается.

В него поступает новая т-РНК, связанная с аминокислотой, зашифрованной очередным кодоном. Между третьей и второй аминокислотами образуется пептидная связь, и третья т-РНК вместе с кодоном м-РНК вновь перемещается в пептидильный центр. Таким образом, в растущей белковой молекуле аминокислоты оказываются соединенными в той последовательности, в которой расположены шифрующие их кодоны в м-РНК.

Процесс элонгации, удлинения белковой цепи продолжается до тех пор, пока в рибосому не попадёт один из трех кодонов, не кодирующих аминокислоты. Это триплеты терминации – УАА, УГА, УАГ. Ни одна из т-РНК не может занять место в аминоацильном центре.

· Терминация – завершение синтеза белковой молекулы. В клетке не существует т-РНК с антикодонами, комплементарными триплетам терминации. К рибосоме присоединяется специальный фактор терминации, который способствует разъединению субъединиц рибосомы и освобождению синтезированной молекулы белка.

Лекция 7. Жизненный цикл клетки.

 

Увеличение число клеток происходит путем деления исходной клетки. Обычно делению клеток предшествует редупликация хромосомного аппарата, синтез ДНК. Время существования клетки от деления до следующего деления или смерти называют клеточным (жизненным) циклом.

В организме высших позвоночных не все клетки постоянно делятся. Есть специализированные клетки, потерявшие способность к делению (нейтрофилы, базофилы, эозинофилы, нейроны). Другие клетки способны постоянно делиться. Они обнаружены в обновляющихся тканях (например, эпителиальных) и в кроветворных органах. Многие клетки, не размножающиеся в обычных условиях, начинают делиться в процессе восстановления после повреждения органа и репаративной регенерации органов и тканей.

Клетки, находящиеся в клеточном цикле, содержат различное количество ДНК, в зависимости от стадии этого цикла. Мужские и женские половые клетки имеют гаплоидный набор хромосом (n) и количество ДНК (с). При оплодотворении происходит слияние этих клеток, в результате чего образуется диплоидная клетка с набором хромосом 2n и количеством ДНК 4с. удвоение ДНК происходит в синтетическом периоде интерфазы. Клетки начинают делиться только после этого периода.

 

Подготовка клетки к делению

 

В клеточном цикле можно выделить собственно митоз (деление клетки) и интерфазу, включающую пресинтетический (постмитотический) – G₁ период, синтетический (S) период и постсинтетический (премитотический) – G₂ период.

Подготовка клетки к делению происходит в интерфазе. Пресинтетический период интерфазы – самый длительный. У эукариот он может продолжаться от 10 часов до нескольких суток. В пресинтетическом периоде (G₁), наступающем сразу после деления, клетки имеют диплоидный набор хромосом (2n) и 2с генетического материала ДНК. В этот период начинается рост клеток, синтез белков и РНК. Происходит подготовка клеток к синтезу ДНК (S-период). Повышается активность ферментов, участвующих в энергетическом обмене.

В синтетический период происходит репликация молекул ДНК, синтез белков-гистонов, с которыми связана каждая нить ДНК. Синтез РНК увеличивается соответственно количеству ДНК. В этом же периоде начинается удвоение центриолей. После репликации каждая хромосома содержит удвоенное количество ДНК – 4с. Число хромосом при этом не меняется (2n). У млекопитающих S-период митотического цикла длится 6-12 часов.

В постсинтетический период (G₂) происходит синтез РНК, накапливается энергия в молекулах АТФ, необходимая для деления клетки, завершается удвоение центриолей, митохондрий, пластид, синтезируются белки, из которых строится веретено деления, заканчивается рост клетки. Ни содержание ДНК (4с), ни число хромосом (2n) не изменяется. В интерфазном ядре хромосомы под световым микроскопом не видны. Продолжительность этого периода – 3-6 часов. Длительность клеточного цикла неодинакова у разных клеток, но постоянна для данной ткани. Например, в культуре раковых клеток человека длительность G₁ периода равна 8,5 часа, S – 6,2 часа, G₂ – 4,6 часа. Длительность митоза составляет 0,6 часа. Весь клеточный цикл длится 19,9 часа.

Деление клетки

 

Существуют три способа деления клетки: митоз, амитоз, мейоз.

 

МИТОЗ

Митоз (от греч. mitos – нити) – непрямое деление клетки. Митоз состоит из 4 фаз: профазы, метафазы, анафазы, телофазы. Профаза занимает 0,6 времени всего митоза, метафаза – 0,05, анафаза – 0,05 и телофаза – 0,3. длительность митоза различна у разных клеток, но не менее 10 минут.

В профазе увеличивается объем ядра. Хромосомы спирализуются, становятся видимыми, укорачиваются и утолщаются. Центриоли расходятся к полюсам клетки, формируется веретено деления. К концу профазы ядрышки и ядерная оболочка растворяются и хромосомы оказываются в цитоплазме. в профазе набор хромосом равен 2n, количество ДНК – 4с.

В метафазе спирализация хромосом достигает максимума, они располагаются в экваториальной плоскости веретена, образуя метафазную пластинку. Центромеры и хроматиды обращены к противоположным полюсам. Митотическое веретено полностью сформировано и состоит из нитей, соединяющих полюса с центромерами хромосом. Метафаза очень короткая.

В анафазе центромеры разъединяются, хроматиды (дочерние хромосомы) становятся самостоятельными. Нити веретена деления, прикрепленные к центромерам, тянут дочерние хромосомы к полюсам клетки. Движение хромосом обеспечивается взаимодействием центромерных участков хромосом с микротрубочками веретена деления. В клетке находится два диплоидных набора хромосом. Анафаза очень короткая.

Телофаза завершает митоз. Хромосомы, состоящие из одной хроматиды, находятся у полюсов клетки. Они деспирализуются и становятся невидимыми. Образуется ядерная оболочка, нити веретена распадаются. В ядре формируется ядрышко. Происходит деление цитоплазмы (цитокинез) и образование двух дочерних клеток. В клетках животных цитоплазма делится путем перетяжки, впячиванием плазмалеммы от краев к центру. В клетках растений в центре образуется мембранная перегородка, которая растет по направлению к стенкам клетки. После формирования поперечной цитоплазматической мембраны образуется клеточная стенка.

Значение митоза

В результате митоза происходит точное распределение генетического материала между двумя дочерними клетками. Обе дочерние клетки получают диплоидный набор хромосом. Митоз обеспечивает поддержание постоянства числа хромосом в ряду поколений и служит клеточным механизмом процессов роста, развития организма, регенерации и бесполого размножения.

При нарушении хода митоза, происходящего под действием некоторых ядов, наблюдается нерасхождение хромосом, нарушение их строения, повреждение веретена деления. Вследствие повреждений имеют место различные мутации. Например, удвоение ДНК клетки не всегда сопровождается ее разделением на две. Поскольку механизм такого удвоения совпадает с предмитотической редупликацией ДНК и оно сопровождается кратным увеличением количества хромосом, это явление получило название эндомитоза.

Известна также политения, которая заключается в кратном увеличении содержания ДНК в хромосомах при сохранении их диплоидного количества. Эндомитоз и политения приводят к образованию полиплоидных клеток, отличающихся кратным увеличением объема наследственного материала. В таких клетках в отличие от диплоидных гены повторены более чем два раза. Пропорционально увеличению числа генов растет масса клетки, что повышает ее функциональные возможности. В организме млекопитающих полиплоидизация с возрастом свойственна печеночным клеткам.

 

АМИТОЗ

Амитоз – прямое деление клетки, при котором ядро находится в интерфазном состоянии. Хромосомы не выявляются, веретено деления не образуется. Амитоз приводит к появлению двух клеток, но очень часто в результате амитоза возникают двуядерные и многоядерные клетки.