Тема 3.

Мітоз. Мейоз

 

Клітинний цикл – це період життєдіяльності клітини від моменту її появи до загибелі чи утворення дочірніх клітин.

Мітотичний цикл – це період життєдіяльності клітини від моменту її

утворення і до поділу на дочірні клітини. Мітотичний цикл включає інтерфазу і мітоз.

Мітотичним циклом Сукупність процесів, які відбуваються в еукаріотичній клітині від одного поділу до наступного, і процесів самого поділу, який завершується утворенням двох клітин нової генерації. Його тривалість складає 2 год у дріжджів, 30–40 год. у корінцях бобів. Розрізняють чотири періоди цього циклу: інтерфаза, яка включає три періоди (пресинтетичний або постмітотичний G1, синтетичний S, постсинтетичний або премітотичний G2) і мітоз (рис. 3.1). Тривалість інтерфази становить 9/10 від тривалості всього мітотичного циклу.

Якщо клітина перестає ділитися, вона переходить у період G₀ – стадію спокою клітини.

 

Рис. 3.1. Мітотичний цикл клітини

 

Інтерфаза – це період функціонування і підготовки клітини до ділення. У ній виділяють три періоди:

пресинтетичний (постмітотичний) – G1,

синтетичний – S і

постсинтетичний (премітотичний) – G2.

 

Вміст генетичної інформації у клітині позначають у такий спосіб:

n –набір хромосом,

хр – число хроматид в одній хромосомі

с – кількість ДНК в одній хроматиді.

 

 

Клітина, що утворилася після мітозу, містить диплоїдний набір хромосом, кожна хромосома має одну хроматиду. Така клітина вступає в пресинтетичний період (G₁) інтерфази, тривалість якого коливається від кількох годин до кількох місяців і навіть років. У цей період клітина виконує свої функції, збільшується в розмірах, у ній йде синтез білків і нуклеотидів, накопичується енергія у вигляді АТФ.

У синтетичний період (S) відбувається реплікація молекул ДНК і її вміст у клітині подвоюється, тобто кожна хроматида добудовує собі подібну. Одночасно клітина продовжує виконувати свої функції. Тривалість цього періоду 6 – 8 годин.

У постсинтетичний період (G₂) клітина готується до мітозу:

-            накопичується енергія,

-            поступово згасають усі синтетичні процеси, необхіднідля репродукції органели,

-            змінюється в'язкість цитоплазми і ядерно–цитоплазматичне співвідношення,

-            клітина припиняє виконувати основні функції,

-            накопичуються білки для побудови ахроматинового веретена і

-            подвоюються центріоли. Змінюється в'язкість цитоплазми. Вміст генетичної

-            інформації не змінюється (2n2xp4c). Клітина вступає у мітоз.

 

 

Будова хромосоми

Хромосоми еукаріот складаються з лінійної макромолекули ДНК, що намотана на специфічні білки–гістони, формуючи матеріал під назвою «хроматин» (рис. 3.2). Хроматином називають комплекс ДНК та білків.

 

 

Рис. 3.2. Схематичне зображення хромосом

 

 

 

 Мітоз

Мітоз – це основний спосіб поділу соматичних клітин.

Мітоз – основний тип непрямого поділу еукаріотичних клітин, внаслідок якого утворюються дві дочірні клітини, які містять ту ж кількість хромосом (диплоїдний набір, 2n), що і материнська клітина.

 Головними причинами початку мітозу є такі зміни у клітині:

1) зміна ядерно–цитоплазматичного відношення;

2) «мітогенетичні промені» – клітини, що діляться, спричинюють початок мітозу у поруч розташованих клітин;

3) «раневі гормони» – ушкоджені клітини виділяють особливі речовини, що сприяють мітозу неушкоджених клітин.

Мітотичний цикл включає 4 стадії:

1) профазу,

2) метафазу,

3) анафазу і

4) телофазу (рис. 3.3).

 

Рис. 3.3. Схема мітотичного поділу клітини

 

У профазі відбувається збільшення об’єму ядра, починається спіралізація хроматинових ниток, розходження центріолей до полюсів клітини і формування веретена поділу. До кінця профази розчиняються ядерна оболонка і ядерця, хромосоми з ядра «виходять» у цитоплазму. До центромер хромосом прикріплюються нитки веретена поділу, і хромосоми прямують до центра клітини. Вміст генетичної інформації при цьому не змінюється.

 

Метафаза – найбільш коротка фаза, під час якої хромосоми розташовуються на екваторі клітини. Це стадія найбільшої спіралізації хромосом, коли їх найзручніше вивчати. Кількість генетичної інформації не змінюється (рис. 3.4)..

 

Рис. 3.4. Мітоз в кореневій меристемі цибулі: а – інтерфаза, б – профаза, в – метафаза, г – анафаза

 

У анафазі відбувається поділ хроматид в області центромер. Нитки веретена поділу скорочуються і хроматиди (дочірні хромосоми) розходяться до полюсів клітини. Вміст генетичної інформації стає 2n1xp2c на кожному полюсі.

У телофазі формуються ядра дочірніх клітин: хромосоми деспіралізуються, утворюються ядерні оболонки, у ядрі з’являються ядерця. Мітоз закінчується цитокінезом – поділом цитоплазми материнської клітини.

У результаті утворюються дві дочірні клітини, кожна з який має 2n хромосом, 1 хроматиду в хромосомі і 2c ДНК.

Основне значення мітозу полягає в точній передачі генетичної інформації між дочірніми клітинами.

 

Мітоз – не єдиний спосіб поділу клітин. Еукаріотичні клітини можуть ділитися і прямим поділом – амітозом. Амітоз – прямий поділ клітин і ядер, які відновлюються, чи пухлинних клітин. Різновидами мітозу є ендомітоз, політенія і мейоз.

При ендомітозі відбувається подвоєння хромосом без ділення ядра, що приводить до утворення поліплоїдних клітин.

При політенії спостерігається багаторазове подвоєння хроматид, але вони не розходяться, і в результаті утворяться політентні (багатонитчасті, гігантські) хромосоми, наприклад, у слинних залозах мухи дрозофіли.

 

 

Мейоз

Мейоз – це поділ особливих соматичних клітин статевих залоз, у результаті якого утворюються статеві клітини (гамети).

Мейотичний поділ протікає у два етапи – мейоз I і мейоз II. Кожен мейотичний поділ розділяють на 4 фази: профазу, метафазу, анафазу і телофазу (рис. 3.5).

Найбільш складною є профаза мейозу I. Вона включає 5 стадій: лептотена, зиготена, пахітена, диплотена і діакінез.

Протягом цих стадій хроматинові нитки спіралізуються, потовщуються і коротшають і на стадії лептотени стають помітні в мікроскопі. Нитковидні гомологічні хромосоми починають рухатися одна до одної  центромерними ділянками. Вміст генетичної інформації складає: 2n2xp4c.

На стадії зиготени починається кон’югація гомологічних хромосом, що

з’єднуються спочатку в області центромер, а потім по всій довжині.

На стадії пахітени гомологічні хромосоми тісно збижаються по всій довжині, утворюючи біваленти (тетради хроматид). Число бівалентів відповідає гаплоїдному набору хромосом – 1n. B цей період кон’югуючі хромосоми можуть обмінюватися ділянками хроматид – відбувається кросинговер.

На стадії диплотени хроматиди починають розходитися, залишаючись з’єднаними в ділянках перехресть – хіазм.

Ha стадії діакінезу завершуються спіралізація й укорочення хромосом.

Наприкінці профази розчиняються ядерця і ядерна оболонка. Хромосоми, що пройшли кон’югацію, виходять у цитоплазму і рухаються доекватора клітини.

 

У метафазі I в екваторіальній площині клітини чітко видні біваленти, прикріплені центромерами до ниток веретена поділу.

В анафазі мейозу I гомологічні хромосоми, що складаються з двох хроматид, відходять до протилежних полюсів клітини. Розбіжність хромосом носить випадковий характер.

Телофаза мейозу I не відрізняється від такої мітозу (але хромосоми не деспіралізуються).

Рис. 3.5. Схема мейотичного поділу

 

У результаті мейозу I утворюються дві дочірні клітини, що містять гаплоїдний набір хромосом, але кожна хромосома має дві хроматиди.

Отже, у результаті мейозу I відбувається редукція (зменшення вдвічі) числа хромосом, звідки і назва цього поділу – редукційний.

 

Після закінчення мейозу I настає короткий проміжок – інтеркінез, протягом якого не відбуваються реплікація ДНК і подвоєння хроматид.

 

Мейоз II протікає по типу звичайного мітозу. У телофазі мейозу II після цитокінезу утворюються клітини з гаплоїдним набором хромосом, що містять одну хроматиду (1nlxp1c).

Таким чином, у результаті двох послідовних поділів мейозу з однієї диплоїдної клітини утворяться 4 гаплоїдні. Значення мейозу: 1) редукція числа хромосом, 2) кон’югація гомологічних хромосом, 3) рекомбінація генетичного матеріалу, обумовлена кросинговером і випадкавого розходженням гомологічних хромосом.