Клеточное деление

Все новые клетки возникают в результате деления уже существующих клеток надвое. Если делится одноклеточный организм, то из старого организма образуются два новых. Многоклеточный организм начинает свое развитие с одной-единственной клетки; все его многочисленные клетки образуются затем путем многократных клеточных делений.

Эти деления продолжаются в течение всей жизни многоклеточного организма, по мере его развития и роста в процессах репарации, регенерации или замещения отслуживших клеток новыми. Когда, например, клетки нёба отмирают и слущиваются, их замещают другие клетки, образовавшиеся путем деления клеток в глубже лежащих слоях (см. рис. 10.4).
Новообразованные клетки обычно становятся способными к делению лишь после некоторого периода роста. Кроме того, делению должно предшествовать удвоение клеточных органелл; в противном случае в дочерние* клетки попадало бы все меньше и меньше органелл. Некоторые органеллы, например хлоропласты и митохондрии, сами воспроизводятся делением надвое; клетке достаточно иметь хотя бы одну такую органеллу, чтобы затем образовать их столько, сколько ей требуется. Каждой клетке необходимо также иметь вначале какое-то количество рибосом, чтобы использовать их для синтеза белков, из которых затем можно построить новые рибосомы, эндоплазматический ретикулум и многие другие органеллы.
Перед началом клеточного деления ДНК клетки должна реплицироваться (дуплицироваться) с очень высокой точностью, поскольку ДНК несет в себе информацию, необходимую клетке для синтеза белков. Если какая-нибудь дочерняя клетка не унаследует полный набор таких заключенных в ДНК инструкций, то она может оказаться не в состоянии синтезировать все те белки, которые могут ей потребоваться. Чтобы этого не случилось, ДНК должна реплицироваться и каждая дочерняя клетка при клеточном делении должна получить ее копию. (Процесс репликации описан в разд. 14.3.)
Клеточное деление у прокариот. Бактериальная клетка содержит только одну молекулу ДНК, прикрепленную к клеточной мембране. Перед делением клетки бактериальная ДНК реплицируется, образуя две идентичные молекулы ДНК, каждая из которых тоже прикреплена к клеточной мембране. Когда клетка делится, клеточная мембрана врастает между этими двумя молекулами ДНК, так что в конечном счете в каждой дочерней клетке оказывается по одной молекуле ДНК (рис. 10.26 и 10.27).
Клеточное деление у эукариот. Для клеток эукариот проблема деления оказывается гораздо более сложной, поскольку хромосом у них много и хро-
1 При описании клеточного деления принято пользоваться некоторыми «женскими» терминами: «материнский», «дочерний», «сестринский». Это вовсе не означает, что структуры, о которых идет речь, являются женскими, а не мужскими. Поскольку роль женского начала в размножении обычно больше мужского, авторам этой терминологии, вероятно, казалось естественным выразить взаимоотношения структур именно с помощью «женских» слов. Возможно, какая-нибудь система без указаний на «половую принадлежность» была бы предпочтительнее, но мы пользуемся здесь привычной терминологией сознательно, имея в виду, что читатель может столкнуться с ней в других изданиях.



мосомы эти неидентичны. Соответственно более сложным должен быть и процесс деления, гарантирующий, что каждая дочерняя клетка получит полный набор хромосом. Этот процесс называется митозом.
Митоз это деление ядра, приводящее к образованию двух дочерних ядер, в каждом из которых имеется точно такой же набор хромосом, как в родительском ядре. Поскольку за делением ядра обычно следует клеточное деление, термин «митоз» нередко употребляют в более широком смысле, имея в виду и сам митоз, и клеточное деление, которое за ним следует.

Таинственный танец, исполняемый хромосомами при их разделении во время митоза на два идентичных набора, впервые наблюдался исследователями более ста лет назад, однако и до сих пор многое в этой фантастически точной хореографии хромосомных движений еще остается неясным.
Митозу должно предшествовать удвоение хромосом. Удвоившаяся хромосома состоит из двух одинаковых половинок, соединенных при помощи особой структуры, которую называют центромерой (рис. 10.28). Эти две половинки превращаются в обособленные хромосомы лишь к середине митоза, когда центромера делится и их уже больше ничто не связывает.
Удвоение хромосом происходит в интерфазе, т. е. в период между делениями. В это время вещество хромосом распределено по всему ядру в виде рыхлой массы (рис. 10.29). Между удвоением хромосом и началом митоза проходит обычно некоторое время.



Митоз представляет собой непрерывную цепь событий, но, для того чтобы удобнее было его описывать, биологи делят этот процесс на четыре стадии в зависимости от того, как выглядят в это время хромосомы в световом микроскопе (рис. 10.29): Профаза-стадия, на которой появляются первые указания на то, что ядро собирается приступить к митозу. Вместо рыхлой массы ДНК и белка в профазе становятся ясно видны нитевидные удвоившиеся хромосомы. Такая конденсация хромосом - весьма нелегкая задача: это примерно то же самое, что свернуть тонкую двухсотметровую нить так, чтобы ее можно было втиснуть в цилиндр диаметром 1 мм и длиной 8 мм. По большей части в профазе

ядрышко и ядерная мембрана исчезают и появляется сеть микротрубочек. Метафаза- стадия подготовки к делению. Для нее характерно завершение образования митотического веретена, т.е. каркаса из микротрубочек. Каждая удвоившаяся хромосома прикрепляется к микротрубочке и направляется к середине веретена. Анафаза-стадия, на которой центромеры, наконец, делятся и из каждой удвоившейся хромосомы образуются две отдельные, совершенно идентичные хромосомы. Разделившись, эти идентичные хромосомы движутся к противоположным концам, или полюсам, митотического веретена; однако, что именно приводит их в движение, пока неясно. В конце анафазы у каждого полюса находится полный набор хромосом. Телофаза - последняя стадия митоза. Хромосомы начинают раскручиваться, снова превращаясь в рыхлую массу ДНК и белка. Вокруг каждого набора хромосом вновь появляется ядерная мембрана. Телофаза обычно сопровождается делением цитоплазмы, в результате которого образуются две клетки, каждая с одним ядром. В животных клетках клеточная мембрана пережимается посередине и в конце концов разрывается в этой точке, так что получаются две отдельные клетки. У растений в цитоплазме посередине клетки возникает перегородка, а затем каждая дочерняя клетка строит возле нее со своей стороны клеточную стенку.
При помощи факторов, нарушающих митоз, можно получать тетра- плоидные клетки, т.е. клетки с числом хромосом, вдвое большим, чем в исходной (диплоидной) клетке. Одним из таких факторов является колхицин- вещество, экстрагируемое из безвременника (Colchicum). Колхицин связывается с белком микротрубочек и препятствует образованию веретена. Вследствие этого хромосомы не делятся на две группы, так что возникает ядро с удвоенным по сравнению с нормальным числом хромосом. Если обработать побег какого-нибудь растения колхицином, а затем дать этому растению зацвести и завязать семена, то получаются тетраплоидные семена. Тетра- плоидные растения обычно крупнее и мощнее исходного родительского растения; многие сорта культурных растений-фрукты, овощи и цветы-это именно тетраплоиды, либо возникшие естественным путем, либо полученные искусственно.

Еще по теме Клеточное деление:

1. Проблема клеточного деления
2. Рост организма путем клеточного деления (митоз)
3. 8.2. МЕХАНИЗМЫ ОНТОГЕНЕЗА 8.2.1. Деление клеток
4. 2.1. КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ
5. 2.2. ТИПЫ КЛЕТОЧНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ
6. Элементарные модусы формообразования. Дифференцирующие деления
7. БИОГЕОГРАФИЧЕСКОЕ ДЕЛЕНИЕ
8. 8.5.2. Проявление старения на молекулярном, субклеточном и клеточном уровнях
9. 4.2. КЛЕТОЧНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ И ИЗМЕНЧИВОСТИ У ЧЕЛОВЕКА
10. 18. Значение редукционного деления
11. Глава IV АРЕАЛ И БИОГЕОГРАФИЧЕСКОЕ ДЕЛЕНИЕ
12. НЕКОТОРЫЕ ЧЕРТЫ БИОГЕОГРАФИЧЕСКОГО ДЕЛЕНИЯ МИРОВОГО ОКЕАНА
13. Глава IX БАТИМЕТРИЧЕСКОЕ ДЕЛЕНИЕ НАСЕЛЕНИЯ ПЕЛАГИАЛИ
14. I. ПРИРОДА ЗУБОВ, ОБЩЕЕ РАСПОЛОЖЕНИЕ, ДЕЛЕНИЕ, ЧИСЛО И ЗУБНЫЕ ФОРМУЛЫ, ФОРМА