Rozpuszczanie jąder podczas mitozy. Mitoza - pośredni podział komórkowy

W przyrodzie istnieje metoda podziału komórek eukariotycznych, w której najpierw następuje proces podwojenia, a następnie materiał genetyczny jest równomiernie rozdzielany pomiędzy powstałe komórki potomne. Ten proces podziału nazywa się w biologii mitozą. W tym artykule dowiesz się więcej o głównych etapach tego procesu podziału i będziesz mógł to zobaczyć na diagramach.

Fazy ​​mitozy

Proces podziału eukariontów przebiega w czterech etapach:

• profaza;
• Metafaza;
• Anafaza;
• Telofaza.

Niektórzy naukowcy początkowo rozważają więcej faz. Przykładowo profazę poprzedza preprofaza (tzw. przygotowanie do podziału), a przed metafazą wyróżnia się prometafazę. Jednak w większości publikacji edukacyjnych wszystkie te dodatki są łączone w jedną profazę mitozy.

Ryż. 1. Etapy mitozy

Cały proces podziału zachodzi w sposób ciągły, więc każda faza mitozy jest płynnie zastępowana przez następną.

Przyjrzyjmy się każdemu z nich osobno:

• Profaza ;

Na tym etapie wyraźnie widoczne są centriole, które odgrywają ważną rolę podczas podziału komórki zwierzęcej.

TOP 4 artykułyktórzy czytają razem z tym

W jądrze komórki roślinnej nie ma centrioli, dlatego diagramy mitozy pokazują głównie podział komórki zwierzęcej. A wszystko dlatego, że obecność centrioli sprawia, że ​​proces podziału jest bardziej wizualny.

Ryż. 2. Schemat mitozy

Podczas profazy centriole dzielą się i przemieszczają do biegunów. Odchodzą od nich mikrotubule, które są włóknami wrzeciona. To właśnie reguluje rozbieżność chromosomów do różnych biegunów dzielącej się komórki. Nici wrzeciona mają różne przeznaczenie: niektóre są przyczepione do centromerów chromosomów, inne rozciągają się od bieguna do bieguna.

Pod koniec profazy otoczka jądrowa rozpuszcza się, jąderko stopniowo zanika, a chromosomy skręcają się, w wyniku czego stają się krótsze i grubsze. Na tym etapie można je wyraźnie zobaczyć pod mikroskopem świetlnym.

• Metafaza ;

Na tym etapie chromosomy w kształcie spirali są wyraźniej widoczne, gdy zbliżają się do równika wrzeciona. Chromatydy są również wyraźnie widoczne; każdy chromosom ma dwa z nich. Podczas metafazy mitozy pod mikroskopem widać, że chromatydy mają zwężenie – centromer. Za jego pomocą chromosomy są przyczepione do wrzeciona. Po podziale centromeru każda chromatyda staje się niezależnym chromosomem potomnym.

• Anafaza ;

Jest to najkrótsza faza, podczas której każda już niezależna chromatyda rozchodzi się do różnych biegunów.

• Telofaza ;

Teraz chromosomy ponownie ulegają spirali i przyjmują swój pierwotny wygląd. Wokół nich tworzy się otoczka jądrowa z jąderkiem w środku. Tworzą się w nim rybosomy. Wrzeciono znika, chromosomy nie są już widoczne w mikroskopie świetlnym. Pomiędzy dwiema komórkami potomnymi występuje równomierne rozmieszczenie cytoplazmy i jej organelli.

Wynik mitozy

Cały proces podziału trwa średnio do dwóch godzin. Zależy to jednak bezpośrednio od czynników zewnętrznych: temperatury, dostępności światła i innych wskaźników.

W rezultacie z jednej komórki otrzymujemy dwie komórki, które mają tę samą informację genetyczną. W ten sposób utrzymuje się stałą ilość DNA.

Mitoza zapewnia:

• wzrost ciała;
• przekazywanie informacji dziedzicznych;
• proces rozmnażania bezpłciowego jest możliwy u niektórych przedstawicieli żywej natury;

Przykładem rozmnażania bezpłciowego jest rozmnażanie wegetatywne roślin, pączkowanie hydrów itp.

Ryż. 3. Metody wegetatywnego rozmnażania roślin

• odbudowa komórek tkankowych.

Czego się nauczyliśmy?

Proces podziału komórki, który pozwala zachować informację genetyczną, nazywa się mitozą. Zachodzi w czterech fazach: profaza, metafaza, anafaza, telofaza. Każdy z nich ma swoją własną charakterystykę i znaczenie. W wyniku podziału z jednej komórki macierzystej powstają dwie komórki potomne posiadające ten sam zestaw chromosomów. Dzięki mitozie możliwy jest wzrost i rozwój organizmu, odbudowa komórek tkankowych, rozmnażanie bezpłciowe, a co najważniejsze, przekazywanie kodu genetycznego z pokolenia na pokolenie.

Testuj w temacie

Ocena raportu

Średnia ocena: 4,5. Łączna liczba otrzymanych ocen: 363.

Mitoza(od greckiego mitos – nić), metoda podziału jąder komórkowych, zapewniająca jednakowy rozkład materiału genetycznego pomiędzy komórkami potomnymi oraz ciągłość chromosomów w wielu pokoleniach komórek. Mitoza często nazywana jest procesem podziału nie tylko jądra, ale także całej komórki.

Wykorzystuje się go do badania aktywności mitotycznej komórek indeks mitotyczny - stosunek liczby komórek ulegających mitozie w określonym czasie do całkowitej liczby komórek obecnych w populacji w tym momencie. Im młodsze są elementy erytropoezy i leukopoezy, tym wyższy jest ich indeks mitotyczny. Według różnych danych wskaźnik mitotyczny szpiku kostnego może wynosić zwykle od 1,0..6.0‰ do 7.6..13.1‰. Liczba mitoz erytroidalnych w szpiku kostnym znacznie przewyższa liczbę mitoz szpikowych.

Mitoza składa się z następujących faz o różnym czasie trwania:

• profaza;
• metafaza;
• anafaza (najkrótsza);
• telofaza.

W jądrze zaczynają tworzyć się cienkie nici (chromosomy profazy), które następnie skracają się i pogrubiają, błona jądrowa ulega zniszczeniu i powstaje wrzeciono.

(etap „gwiazdy matki”, kiedy regiony centromerowe chromosomów są zwrócone w stronę środka wrzeciona) - wszystkie chromosomy gromadzą się w centralnej części wrzeciona, tworząc płytkę metafazową.

Chromosomy tracą połączenia centromerowe i dwa zestawy chromosomów (identyczne) przemieszczają się na przeciwne bieguny komórki.

Telofaza- zaczyna się w momencie zatrzymania chromosomów i kończy się podziałem pierwotnej komórki na dwie komórki potomne.

UWAGA! Informacje podane na stronie strona internetowa służy wyłącznie jako odniesienie. Administracja serwisu nie ponosi odpowiedzialności za możliwe negatywne skutki stosowania jakichkolwiek leków lub zabiegów bez recepty!

Kolejność faz cyklu mitotycznego przedstawiono na ryc. 4.

Ryż. 4. Fazy mitozy

Profaza. W profazie jądro powiększa się, a nici chromosomalne, które w tym czasie są już spiralne, stają się wyraźnie widoczne.

Każdy chromosom po reduplikacji w interfazie składa się z dwóch chromatyd siostrzanych połączonych jednym centromerem. Pod koniec profazy otoczka jądrowa i jąderka zwykle zanikają. Czasami jąderko zanika w kolejnej fazie mitozy. Na preparatach zawsze można znaleźć wczesną i późną profazę i porównać je ze sobą. Zmiany są wyraźnie widoczne: zanikają jąderko i błona jądrowa. W późnej profazie nici chromosomów są wyraźniej widoczne i często można zauważyć ich duplikację. W profazie następuje również oddzielenie centrioli, które tworzą dwa bieguny komórki.

Prometafaza rozpoczyna się od szybkiego rozpadu błony jądrowej na małe fragmenty, nie do odróżnienia od fragmentów retikulum endoplazmatycznego (ryc. 5). W prometafazie w chromosomach po obu stronach centromeru powstają specjalne struktury zwane kinetochorami. Przyłączają się do specjalnej grupy mikrotubul zwanych włóknami kinetochorowymi lub mikrotubulami kinetochorowymi. Nici te rozciągają się po obu stronach każdego chromosomu, biegną w przeciwnych kierunkach i oddziałują z pasmami wrzeciona dwubiegunowego. W tym samym czasie chromosomy zaczynają się intensywnie poruszać.

Ryż. 5. Prometafaza (budowanie postaci gwiazdy matki) w komórce pozbawionej pigmentu. Barwienie hematoksyliną żelaza według Heidenhaina. Średnie powiększenie

Metafaza. Po zniknięciu błony jądrowej jasne jest, że chromosomy osiągnęły maksymalną spiralizację, stają się krótsze i przesuwają się w stronę równika komórki, znajdującego się w tej samej płaszczyźnie. Centriole znajdujące się na biegunach komórkowych uzupełniają tworzenie wrzeciona, a jego nici łączą się z chromosomami w obszarze centromeru. Centromery wszystkich chromosomów znajdują się w tej samej płaszczyźnie równikowej, a ramiona mogą być umieszczone wyżej lub niżej. Ta pozycja chromosomów jest wygodna do ich liczenia i badania ich morfologii.

Anafaza zaczyna się od skurczu włókien wrzeciona, dzięki czemu może być umieszczony wyżej lub niżej. Wszystko to jest wygodne do liczenia liczby chromosomów, badania ich morfologii i dzielenia centromerów. W anafazie mitozy region centromerowy każdego z dwuchromatydowych chromosomów ulega rozszczepieniu, co prowadzi do rozdzielenia chromatyd siostrzanych i ich przekształcenia w niezależne chromosomy (formalny stosunek liczby chromosomów do cząsteczek DNA wynosi 4n4c).

W ten sposób zachodzi dokładne rozmieszczenie materiału genetycznego, a na każdym biegunie pojawia się taka sama liczba chromosomów, jaką miała pierwotna komórka przed ich podwojeniem.

Ruch chromatyd do biegunów następuje w wyniku skurczu nici końcowych i wydłużenia nici podtrzymujących wrzeciona mitotycznego.

Telofaza. Po zakończeniu rozbieżności chromosomów do biegunów komórki macierzystej w telofazie powstają dwie komórki potomne, z których każda otrzymuje pełny zestaw jednochromatydowych chromosomów komórki macierzystej (wzór 2n2c dla każdej z komórek potomnych).

W telofazie chromosomy na każdym biegunie ulegają despiralizacji, tj. proces odwrotny do tego, który zachodzi w profazie. Kontury chromosomów tracą przejrzystość, wrzeciono mitotyczne zostaje zniszczone, błona jądrowa zostaje przywrócona i pojawiają się jąderka. Oddzielenie jąder komórkowych nazywa się kariokinezą (ryc. 6).

Następnie z fragmoplastu tworzy się ściana komórkowa, która dzieli całą zawartość cytoplazmy na dwie równe części. Proces ten nazywa się cytokinezą. Tak kończy się mitoza.

Ryż. 6. Fazy mitozy u różnych roślin

Ryż. 7. Rozmieszczenie chromosomów homologicznych i zawartych w nich genów podczas cyklu mitotycznego w hipotetycznym organizmie (2n = 2) pokolenia i genetyczna ciągłość życia w przypadku bezpłciowego rozmnażania organizmów.

Podstawowe terminy i pojęcia: anafaza; komórka potomna; interfaza; komórka macierzysta (rodzicielska); metafaza; mitoza (okres M); cykl mitotyczny (komórkowy); okres postsyntetyczny (G 2); okres presyntetyczny (G 1); profaza; chromatydy siostrzane; okres syntetyczny (S); telofaza; chromatyda; chromatyna; chromosom; centromer.

Rozwój i wzrost organizmów żywych nie jest możliwy bez procesu podziału komórek. W naturze istnieje kilka rodzajów i metod podziału. W tym artykule krótko i przejrzyście porozmawiamy o mitozie i mejozie, wyjaśnimy główne znaczenie tych procesów oraz przedstawimy, czym się różnią i jakie są podobieństwa.

Mitoza

Proces podziału pośredniego, czyli mitozy, najczęściej występuje w przyrodzie. Stanowi podstawę podziału wszystkich istniejących komórek nierozrodczych, czyli mięśniowych, nerwowych, nabłonkowych i innych.

Mitoza składa się z czterech faz: profazy, metafazy, anafazy i telofazy. Główną rolą tego procesu jest równomierne rozprowadzenie kodu genetycznego z komórki rodzicielskiej do dwóch komórek potomnych. Jednocześnie komórki nowej generacji są jeden do jednego podobne do komórek matki.

Ryż. 1. Schemat mitozy

Czas między procesami podziału nazywa się interfaza . Najczęściej interfaza jest znacznie dłuższa niż mitoza. Okres ten charakteryzuje się:

• synteza cząsteczek białka i ATP w komórce;
• duplikacja chromosomów i tworzenie dwóch chromatyd siostrzanych;
• wzrost liczby organelli w cytoplazmie.

Mejoza

Podział komórek rozrodczych nazywa się mejozą i towarzyszy mu zmniejszenie o połowę liczby chromosomów. Osobliwością tego procesu jest to, że odbywa się on w dwóch etapach, które stale następują po sobie.

TOP 4 artykułyktórzy czytają razem z tym

Interfaza pomiędzy dwoma etapami podziału mejotycznego jest tak krótka, że ​​jest praktycznie niezauważalna.

Ryż. 2. Schemat mejozy

Biologiczne znaczenie mejozy polega na tworzeniu czystych gamet zawierających haploidal, czyli pojedynczy zestaw chromosomów. Diploidalność zostaje przywrócona po zapłodnieniu, czyli fuzji komórek matki i ojca. W wyniku połączenia dwóch gamet powstaje zygota z pełnym zestawem chromosomów.

Zmniejszenie liczby chromosomów podczas mejozy jest bardzo ważne, ponieważ w przeciwnym razie liczba chromosomów wzrastałaby z każdym podziałem. Dzięki podziałowi redukcyjnemu utrzymuje się stała liczba chromosomów.

Charakterystyka porównawcza

Różnica między mitozą a mejozą polega na czasie trwania faz i zachodzących w nich procesach. Poniżej przedstawiamy tabelę „Mitoza i Mejoza”, która pokazuje główne różnice między tymi dwoma metodami podziału. Fazy ​​mejozy są takie same jak fazy mitozy. Więcej o podobieństwach i różnicach pomiędzy obydwoma procesami dowiesz się z opisu porównawczego.

Ryż. 3. Schemat porównawczy mitozy i mejozy

Czego się nauczyliśmy?

W naturze podział komórek różni się w zależności od ich przeznaczenia. Na przykład komórki nierozrodcze dzielą się przez mitozę, a komórki płciowe - przez mejozę. Procesy te mają na niektórych etapach podobne wzorce podziału. Główną różnicą jest obecność liczby chromosomów w utworzonej nowej generacji komórek. Tak więc podczas mitozy nowo powstałe pokolenie ma zestaw diploidalny, a podczas mejozy haploidalny zestaw chromosomów. Różny jest także czas trwania faz rozszczepienia. Obydwa sposoby podziału odgrywają ogromną rolę w życiu organizmów. Bez mitozy nie następuje ani jedna odnowa starych komórek, reprodukcja tkanek i narządów. Mejoza pomaga utrzymać stałą liczbę chromosomów w nowo powstałym organizmie podczas rozmnażania.

Testuj w temacie

Ocena raportu

Średnia ocena: 4.3. Łączna liczba otrzymanych ocen: 3469.

Mitozę tradycyjnie dzieli się na cztery fazy: profaza, metafaza, anafaza i telofaza.

Profaza. Dwie centriole zaczynają się rozchodzić w kierunku przeciwnych biegunów jądra. Błona jądrowa ulega zniszczeniu; jednocześnie specjalne białka łączą się, tworząc mikrotubule w postaci nici. Centriole, obecnie zlokalizowane na przeciwległych biegunach komórki, organizują mikrotubule, które w rezultacie ustawiają się promieniście, tworząc strukturę przypominającą wyglądem kwiat asteru („gwiazdę”). Inne włókna mikrotubul rozciągają się od jednej centrioli do drugiej, tworząc wrzeciono. W tym czasie chromosomy ulegają spirali, w wyniku czego pogrubiają się. Są wyraźnie widoczne w mikroskopie świetlnym, szczególnie po zabarwieniu. Odczyt informacji genetycznej z cząsteczek DNA staje się niemożliwy: synteza RNA zostaje zatrzymana, a jąderko zanika. W profazie chromosomy dzielą się, ale chromatydy nadal pozostają połączone parami w centromerze. Centromery mają również wpływ organizujący na włókna wrzeciona, które teraz rozciągają się od centrioli do centromerów i od nich do innej centrioli.

Metafaza. W metafazie spiralizacja chromosomów osiąga maksimum, a skrócone chromosomy pędzą do równika komórki, znajdującego się w równej odległości od biegunów. Utworzony płyta równikowa lub metafazowa. Na tym etapie mitozy struktura chromosomów jest wyraźnie widoczna, łatwo je policzyć i zbadać ich indywidualne cechy. Każdy chromosom ma obszar pierwotnego zwężenia – centromer, do którego podczas mitozy przyczepione są nić wrzeciona i ramiona. Na etapie metafazy chromosom składa się z dwóch chromatyd, połączonych ze sobą jedynie w centromerze.

Ryż. 1. Mitoza komórki roślinnej. A - interfaza;
B, C, D, D- profaza; MI, F-metafaza; 3, I - anafaza; K, L, M-telofaza

W anafaza lepkość cytoplazmy maleje, centromery oddzielają się i od tego momentu chromatydy stają się niezależnymi chromosomami. Nici wrzeciona przyczepione do centromerów przyciągają chromosomy do biegunów komórki, podczas gdy ramiona chromosomów biernie podążają za centromerem. Zatem w anafazie chromatydy chromosomów podwojone w interfazie dokładnie rozchodzą się w stronę biegunów komórki. W tym momencie komórka zawiera dwa diploidalne zestawy chromosomów (4n4c).

Tabela 1. Cykl mitotyczny i mitoza

W telofaza chromosomy rozluźniają się i despirują. Otoczka jądrowa utworzona jest ze struktur błonowych cytoplazmy. W tym czasie jąderko zostaje przywrócone. Na tym kończy się podział jądrowy (kariokineza), a następnie następuje podział ciała komórki (czyli cytokineza). Kiedy komórki zwierzęce dzielą się, na ich powierzchni w płaszczyźnie równikowej pojawia się rowek, stopniowo pogłębiający się i dzielący komórkę na dwie połowy - komórki potomne, z których każda ma jądro. U roślin podział następuje poprzez utworzenie tzw. płytki komórkowej oddzielającej cytoplazmę: powstaje ona w obszarze równikowym wrzeciona, a następnie rozrasta się we wszystkich kierunkach, docierając do ściany komórkowej (tj. rośnie od środka na zewnątrz). . Płytka komórkowa utworzona jest z materiału dostarczanego przez retikulum endoplazmatyczne. Każda z komórek potomnych tworzy następnie na swojej stronie błonę komórkową, a na koniec po obu stronach płytki tworzą się ściany komórkowe celulozy. Cechy przebiegu mitozy u zwierząt i roślin podano w tabeli 2.

Tabela 2. Cechy mitozy u roślin i zwierząt

W ten sposób z jednej komórki powstają dwie komórki potomne, w których informacja dziedziczna dokładnie kopiuje informację zawartą w komórce macierzystej. Począwszy od pierwszego podziału mitotycznego zapłodnionego jaja (zygoty), wszystkie komórki potomne powstałe w wyniku mitozy zawierają ten sam zestaw chromosomów i te same geny. Dlatego mitoza jest metodą podziału komórek polegającą na precyzyjnym rozmieszczeniu materiału genetycznego pomiędzy komórkami potomnymi. W wyniku mitozy obie komórki potomne otrzymują diploidalny zestaw chromosomów.

Cały proces mitozy trwa w większości przypadków od 1 do 2 godzin. Częstotliwość mitozy jest różna w zależności od tkanki i gatunku. Na przykład w ludzkim czerwonym szpiku kostnym, gdzie co sekundę powstaje 10 milionów czerwonych krwinek, co sekundę powinno zachodzić 10 milionów mitoz. Natomiast w tkance nerwowej mitozy występują niezwykle rzadko: na przykład w ośrodkowym układzie nerwowym komórki na ogół przestają się dzielić w pierwszych miesiącach po urodzeniu; oraz w czerwonym szpiku kostnym, w nabłonku przewodu pokarmowego i nabłonku kanalików nerkowych dzielą się aż do końca życia.

Regulacja mitozy, kwestia mechanizmu wyzwalającego mitozę.

Czynniki wywołujące mitozę komórki nie są dokładnie znane. Uważa się jednak, że główną rolę odgrywa współczynnik stosunku objętości jądra i cytoplazmy (stosunek jądrowo-plazma). Według niektórych danych umierające komórki wytwarzają substancje, które mogą stymulować podziały komórkowe. Czynniki białkowe odpowiedzialne za przejście do fazy M zostały początkowo zidentyfikowane na podstawie eksperymentów fuzji komórkowej. Fuzja komórki na dowolnym etapie cyklu komórkowego z komórką w fazie M prowadzi do wejścia jądra pierwszej komórki w fazę M. Oznacza to, że w komórce znajdującej się w fazie M znajduje się czynnik cytoplazmatyczny zdolny do aktywacji fazy M. Później czynnik ten został wtórnie odkryty w eksperymentach nad transferem cytoplazmy pomiędzy oocytami żaby na różnych etapach rozwoju i został nazwany MPF „czynnikiem promującym dojrzewanie” (czynnik promujący dojrzewanie). Dalsze badania MPF wykazały, że ten kompleks białkowy determinuje wszystkie zdarzenia fazy M. Rysunek pokazuje, że rozpad błony jądrowej, kondensacja chromosomów, składanie wrzeciona i cytokineza są regulowane przez MPF.

Mitozę hamuje wysoka temperatura, duże dawki promieniowania jonizującego i działanie trucizn roślinnych. Jedna z takich trucizn nazywa się kolchicyną. Za jego pomocą można zatrzymać mitozę na etapie płytki metafazowej, co pozwala policzyć liczbę chromosomów i nadać każdemu z nich indywidualną cechę, czyli przeprowadzić kariotypowanie.

Amitoza (z greckiego a - cząstka ujemna i mitoza)-bezpośredni podział jądra międzyfazowego poprzez ligację bez transformacji chromosomów. Podczas amitozy nie występuje równomierna rozbieżność chromatyd do biegunów. A ten podział nie zapewnia powstania genetycznie równoważnych jąder i komórek. W porównaniu do mitozy, amitoza jest procesem krótszym i bardziej ekonomicznym. Podział amitotyczny może zachodzić na kilka sposobów. Najczęstszym rodzajem amitozy jest splot jądra na dwie części. Proces ten rozpoczyna się od podziału jąderka. Zwężenie pogłębia się, a rdzeń dzieli się na dwie części. Następnie rozpoczyna się oddzielanie cytoplazmy, ale nie zawsze tak się dzieje. Jeśli amitoza ogranicza się jedynie do podziału jądrowego, prowadzi to do powstania komórek dwu- i wielojądrowych. Podczas amitozy może również wystąpić pączkowanie i fragmentacja jąder.

Komórka, która przeszła amitozę, nie jest następnie w stanie wejść w normalny cykl mitotyczny.

Amitoza zachodzi w komórkach różnych tkanek roślin i zwierząt. U roślin podział amitotyczny zachodzi dość często w bielmie, w wyspecjalizowanych komórkach korzeni i komórkach tkanki spichrzowej. Amitozę obserwuje się także w komórkach wysoce wyspecjalizowanych, o osłabionej żywotności lub ulegających degeneracji, podczas różnych procesów patologicznych, takich jak wzrost nowotworowy, zapalenie itp.