Механизмы клеточных делений

Как вам уже известно, Рудольф Вирхов расширил клеточную теорию, провозг­ласив в 1855г., что новые клетки образуются только путем деления предсуществовавших клеток. Признание непре­рывности жизни побудило других ученых второй половины XIX в. заняться исследова­нием механизмов клеточ­ного деления, что позволило выявить важную роль ядра и хромосом как структур, обеспечивающих преемственность между последовательными поколениями кле­ток. В 1879г. Бовери и Флемминг описали происходящие в ядре события, в результате ко­торых образуются две идентичные клетки (см. «митоз»), а в 1887г. Вейсман высказал мысль о том, что гаметы животных образуются в результате клеточного деления какого-то особого типа (см. «мейоз»).

Хромосомы, клеточный цикл и кариотип

Хромосомы

Самую важную роль в делении клетки играют хромосомы, обеспечивающие передачу наследст­венной информации от одного поколения следу­ющему. Такая передача возможна благодаря содержащимся в хромосомах молекулам ДНК. В период между делениями ядра каждая хромо­сома содержит по одной молекуле ДНК. В это время отдельные хромосомы практически неразли­чимы в световом микроскопе как обособленные структуры, поскольку представляют собой клубок длинных тонких нитей. Перед началом деления молекула ДНК копируется, и хромосома превращается в парную структуру, содержащую две одинаковые молекулы ДНК. Эти две части хромосомы, связанные центромерами, называют хроматидами. Центромера может располагаться в любом месте по длине хромосо­мы. Каждая хроматида содержит одну из двух идентичных моле­кул ДНК. В начале деления ядра удвоенные хромосомы закручиваются в го­раздо более компактные структуры, которые короче, тол­ще и четко видны в световой микроскоп.

Справа – упрощенная схема строения хромосомы.

На самом деле число генов в хромосоме составляет от не­скольких сотен до нескольких тысяч. Размеры генов также варьируют.

Слева – фотография набора хромосом у человека (мужчины).

Каждая хромосома состоит из двух хроматид, соединенных центромерой. В набор входит 46 хромосом. Обратите внимание на их различную форму и разное расположение центромер.

В конечном счете, при стандартных вариантах деления, эти копии ДНК (хроматиды одной хромосомы) окажутся в разных клетках, что обеспечит преемственность информации материнской и дочерних клеток. Эти копии будут деспирализованы, с них опять начнется считывание информации, и все повторится сначала... Таким образом, жизнедеятельность клетки циклична.

Клеточный цикл

Клеточный цикл состоит из М-фазы (самого клеточного деления) и интерфазы (период между делениями). Если клетке предстоит когда-нибудь делиться, то интерфаза будет состоять из 3-ёх обязательных периодов. Сразу после выхода из М-фазы клетка вступает в пресинтетический или G₁-период, далее переходит в синтетический или S-период, и потом – в постсинтетический или G₂-период. G₂-периодом заканчивается интерфаза и клетка приступает к следующему делению (М-фаза).

М-фаза (длительность от 40 до 90 минут) – период клеточного деления. При митозе (самом распространенном варианте деления) в рамках М-фазы выделяют четыре этапа – профазу, метафазу, анафазу и телофазу (см далее).

Иногда под М-фазой подразумевают исключительно кариокинез (деление ядра). Тогда дополнительно выделяют С-фазу (цитокинез), следующую за М-фазой. Это имеет биологический смысл, т.к. кариокинез и цитокинез не всегда взаимосвязаны: например, при образовании многоядерных структур – синцитиев и симпластов. Однако в большинстве школьных учебников цитокинез рассматривается как один из процессов телофазы – завершающей стадии М-фазы. Подобные терминологические разночтения – достаточно частое явление. Следует просто понимать суть происходящих процессов и сразу договариваться об используемом понятийном аппарате.

Интерфаза (вернуться к митозу)