Деление клетки: митоз

Клеточный цикл — период существования клетки от момента её образования из материнской клетки до собственного деления (включая это деление) или гибели. Клеточный цикл состоит из интерфазы и деления клетки.

Интерфаза — это период клеточного цикла между двумя последовательными делениями, когда клетка растёт, выполняет свою функцию. Во время интерфазы в клетке присутствует ядро. Состоит из G1 (пресинтетический), S (синтетический), G2 (постсинтетический) периодов. G0, или период покоя, характерен для высокоспециализированных клеток. В таких клетках не происходит репликации; как правило, они утрачивают способность к делению.

Деление клетки проходит по строго заданному алгоритму. Разберём пошагово каждую фазу.

Профаза

Набор генетического материала составляет 2n4c. Хромосомы укорачиваются и утолщаются — этот процесс называется спирализацией (конденсацией). Ядерная оболочка постепенно растворяется, а ядрышки полностью исчезают. Центриоли клеточного центра расходятся к противоположным полюсам клетки, начинается формирование нитей веретена деления.

Метафаза

Набор генетического материала сохраняется как 2n4c. Хромосомы достигают максимальной степени спирализации и выстраиваются строго по экватору клетки, образуя метафазную пластинку. Нити веретена деления прикрепляются к центромерам каждой хромосомы. В этот момент хромосомы лучше всего видны под микроскопом.

Анафаза

Набор генетического материала кратковременно меняется на 4n4c. Происходит разделение центромер, а нити веретена деления сокращаются. Сестринские хроматиды отделяются друг от друга и расходятся к противоположным полюсам клетки. Собираясь у полюсов, они становятся самостоятельными однохроматидными хромосомами. Из-за этого количество хромосом в клетке вырастает ровно в два раза.

Телофаза

Финальная стадия, при которой у каждого полюса формируется диплоидный набор — 2n2c. Однохроматидные хромосомы раскручиваются (происходит деспирализация). Вокруг них формируются новые ядерные оболочки, восстанавливаются ядрышки. Нити веретена деления разрушаются. Завершается процесс этапом цитокинеза — разделением цитоплазмы. У животных клеток он происходит путём образования перетяжки из мембраны, а у растительных клеток внутри формируется плотная клеточная пластинка. Образуются две полноценные дочерние клетки, генетически идентичные исходной.

Рассмотрим алгоритмы решения для заданий из ЕГЭ.

Задача 1

Установите последовательность процессов митоза. Запишите в таблицу соответствующую последовательность цифр.

1. Расхождение однохроматидных хромосом к полюсам.
2. Разрушение ядерной мембраны.
3. Формирование новой ядерной мембраны.
4. Разделение хроматид в области центромеры.
5. Расположение хромосом по экватору клетки.

Решение:

Последовательность процессов митоза: 2) разрушение ядерной мембраны → 5) расположение хромосом по экватору клетки → 4) разделение хроматид в области центромеры → 1) расхождение однохроматидных хромосом к полюсам → 3) формирование новой ядерной мембраны.

Ответ: 25413.

Задание 2

Хромосомный набор клетки корня яблони домашней равен 34. Определите хромосомный набор (n) и число молекул ДНК (с) в клетке эндосперма яблони домашней перед началом деления, в метафазе митоза и в конце анафазы митоза. Объясните полученные результаты.

Решение:

1. в жизненном цикле покрытосеменных преобладает спорофит; спорофит имеет диплоидный набор хромосом; соответственно, 34 хромосомы — диплоидный набор яблони домашней;
2. эндосперм покрытосеменных имеет триплоидный набор хромосом; триплоидный набор хромосом яблони домашней равен 51;
3. перед началом деления набор хромосом — 51; число молекул ДНК — 102;
4. в метафазе митоза набор хромосом — 51; число молекул ДНК — 102;
5. в конце анафазы митоза набор хромосом — 102; число молекул ДНК — 102;
6. перед началом деления, в синтетическом периоде интерфазы, происходит репликация (удвоение) молекул ДНК; молекулы ДНК остаются связанными друг с другом в области центромер; хромосомы становятся двухроматидными, но их количество не увеличивается;
7. в метафазе митоза хромосомы выстраиваются в экваториальной плоскости клетки, что не отражается на их количестве;
8. в анафазе митоза к полюсам клетки расходятся сестринские хроматиды, которые становятся в этот момент самостоятельными хромосомами; число хромосом равно числу молекул ДНК.

Практикум

Задание 1

В исходной клетке содержится 80 хромосом. Сколько хромосом будет содержаться в клетке в профазе митоза? В ответе запишите только соответствующее число.

Задание 2

Все перечисленные ниже признаки, кроме трёх, можно использовать для описания митоза. Определите три признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.

1. в телофазе формируется новая ядерная оболочка
2. в анафазе к полюсам расходятся двухроматидные хромосомы
3. происходит при образовании спор у растений
4. происходит при образовании клеток гаметофита у папоротника
5. в профазе компактизуются двухроматидные хромосомы
6. происходит при образовании гамет у животных

После изучения этого материала можно смело приступать к задачам ЕГЭ по биохимии и клеточной теории. Теперь ты умеешь:

• восстанавливать хронологический порядок процессов деления;
• определять фазу митоза по схематичным рисункам;
• применять формулу набора nc для расчёта количества хромосом и ДНК на каждой стадии.

Для закрепления темы рекомендуем решить 8–10 тренировочных заданий с хромосомным набором из открытого экзаменационного банка. Обращай внимание на формулировки условий и внимательно читай, какой именно тип клетки (гаплоидный или диплоидный) указан в условиях.