Деление клетки — это процесс, при котором клетка удваивает себя путем деления своего генетического материала. Для прокариот этот процесс следует простому бинарному делению при размножении. В эукариотической клетке деление для полового размножения или вегетативного роста происходит посредством процесса, включающего репликацию ДНК, за которой следуют два раунда деления без промежуточного раунда репликации ДНК. Учащиеся могут понять различные типы клеточного деления на уровне органелл, изучая внешний вид каждой органеллы во время интерфазы и профазы. Наши эксперты в Веданту рассказали ученикам 11-го класса все о клеточном делении, будь то различные типы митоза, мейоза или любые другие формы клеточного деления, о которых вам необходимо знать.

Что такое деление клеток?

Деление клетки можно определить как процесс, посредством которого клетка распределяет свой генетический материал и цитоплазму и дает начало новым дочерним клеткам. Он является частью более крупного клеточного цикла и играет непосредственную роль в репродукции клеток.

В хорошо развитых организмах наблюдаются два типа клеточного деления: митоз и мейоз. Это очень сложные процессы, протекающие в несколько этапов. Однако, если упростить, митоз можно определить как точное дублирование клетки, при котором дочерние клетки будут иметь ту же генетическую информацию, что и родительская клетка. В мейозе дочерние клетки будут иметь только половину генетической информации исходной клетки. Общим конечным этапом обоих процессов является цитокинез и деление цитоплазмы. В этой теме мы обсудим оба типа клеточного деления.

Деление клеток — митоз и мейоз

Два хорошо задокументированных типа клеточного деления:

1. Митоз

2. Мейоз

3. Бинарное деление

© shutterstock

Митоз

Это тип клеточного деления, при котором одна клетка делится на две генетически идентичные дочерние клетки. Подавляющее большинство клеточных делений, происходящих в нашем организме, представляет собой митоз. Этот процесс является неотъемлемой частью роста и развития тела организма и происходит на протяжении всей жизни организма. Для некоторых одноклеточных организмов, таких как дрожжи, митотическое деление клеток — единственный способ размножения. Далее мы узнаем о митотическом процессе клеточного деления.

Фазы клеточного деления митоза:

  1. Ранняя и поздняя профаза
  2. Метафаза
  3. Анафаза
  4. телофаза

Перед началом митоза клетка находится в состоянии, называемом интерфазой, и копирует свою ДНК, поэтому хромосомы в ядре состоят из двух копий, которые называются сестринскими хроматидами. У животных также копируется центросома. Центросомы контролируют митоз в клетках животных. Здесь следует отметить, что клетки растений не имеют центриолей и центросом, а центр организации микротрубочек регулирует митоз.

Ранняя и поздняя профаза

  • В ранней профазе клетка инициирует клеточное деление, разрушая одни клеточные компоненты и создавая другие компоненты, а затем начинается деление хромосом.
  • На этой стадии хромосомы начинают конденсироваться, что помогает им легко разделяться на более поздних стадиях.
  • После этого начинает формироваться митотическое веретено, структура, состоящая из микротрубочек. Он организует хромосомы и перемещает их во время митоза. Митотическое веретено растет между центросомами клетки по мере их движения к разным полюсам.
  • Затем ядрышко исчезает, что является признаком того, что ядро ​​готовится к разрушению.
  • В поздней профазе, которую также называют прометафазой, митотическое веретено начинает организовывать хромосомы.
  • Когда хромосомы заканчивают конденсироваться, они образуют компактную структуру.
  • Затем разрушается ядерная оболочка и высвобождаются хромосомы.
  • В конце профазы митотическое веретено растет, и некоторые микротрубочки начинают захватывать и организовывать хромосомы.

Метафаза

  • Метафаза начинается, когда митотическое веретено организует все хромосомы и выстраивает их в середине клетки для деления.
  • Все хромосомы располагаются на метафазной пластинке.
  • На этой стадии метафазы две кинетохоры каждой хромосомы должны прикрепляться к микротрубочкам с противоположных полюсов веретена. Прежде чем перейти к анафазе, клетка проверяет, все ли кинетохоры правильно прикреплены к микротрубочкам, и это называется контрольной точкой веретена.
  • Контрольная точка веретена обеспечивает равное разделение сестринских хроматид на две дочерние клетки.

Анафаза

  • На этой стадии сестринские хроматиды отделяются друг от друга и движутся к противоположным полюсам клетки. Белковый клей, удерживающий их, разрушается и позволяет им разделиться.
  • Микротрубочки, не прикрепленные к хромосомам, удлиняются и раздвигаются. При этом они разделяют полюса и удлиняют клетку. Эти процессы контролируются моторными белками, и эти белки несут хромосомы и микротрубочки по мере их движения.

телофаза

  • На этой стадии клетка почти делится и начинает восстанавливать свои нормальные клеточные структуры по мере того, как происходит цитокинез.
  • Митотическое веретено распадается на строительные блоки, и образуются два новых ядра, по одному на каждый набор хромосом. 
  • Затем вновь появляются ядерная оболочка и ядрышки, и хромосомы начинают деконденсироваться, возвращаясь к своей нормальной форме.

Цитокинез

  • В клетках животных цитокинез сократительный. Внутри клетки есть щипкообразное образование, которое делит ее на две части, как кошелек для монет с «шнурком». «Шнурок» представляет собой полосу нитей актинового белка. Защипная складка называется бороздой расщепления.
  • Клетки растений не могут быть разделены таким образом, поскольку они имеют жесткую клеточную стенку и слишком жесткие. В середине клетки образуется клеточная пластинка, которая разделяет дочерние клетки. 

(Изображение будет загружено в ближайшее время)

© shutterstock

Мейоз

В мейозе одна клетка делится дважды, образуя четыре клетки, которые содержат половину исходного количества генетического материала. Его можно наблюдать в сперматозоидах у мужчин и яйцеклетках у женщин. 

Различают 9 фаз мейотического деления клеток. Они обсуждаются ниже:

Интерфаза

  • Аналогично митозу копируется генетический материал клетки и образуются два идентичных набора хромосом.
  • Центросомы и центриоли также копируются, и на этой фазе микротрубочки отходят от центросом.

Профаза I

  • Два набора хромосом конденсируются в X-образное образование. 
  • Каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид, содержащих одинаковую генетическую информацию.
  • Все хромосомы спариваются. Например, обе копии хромосомы 1 и обе копии хромосомы 2 находятся вместе.
  • Затем пары хромосом могут обмениваться частями ДНК посредством кроссинговера или рекомбинации.
  • В конце концов, на этой стадии ядерная оболочка растворяется и освобождает хромосомы.
  • Через клетку проходит мейотическое веретено, состоящее из микротрубочек и других белков.

Метафаза I

  • Пары хромосом располагаются рядом друг с другом вдоль центра клетки.
  • Центриоли движутся к противоположным полюсам клетки и от них отходят мейотические веретена. Их волокна прикрепляются к одной хромосоме каждой пары. 

Анафаза I

  • Затем пары хромосом разделяются мейотическим веретеном и перемещаются по одной хромосоме к противоположным полюсам клетки.
  • В мейозе сестринские хроматиды клетки остаются вместе.

Телофаза I и цитокинез

  • Хромосомы перемещаются к противоположным полюсам клетки, и каждый полюс имеет полный набор хромосом.
  • Вокруг каждого набора хромосом начинает формироваться ядерная мембрана, из которой формируются два новых ядра.
  • Происходит цитокинез и образуются две дочерние клетки.

Мейоз II

Профаза II

  • В конце мейоза образуются две дочерние клетки с 23 хромосомами.
  • Хромосомы снова конденсируются и образуют видимые Х-образные структуры. 
  • Ядерная мембрана растворяется, высвобождая хромосомы.
  • Центриоли удваиваются, и образуется мейотическое веретено.

Метафаза II

  • Подобно метафазе I, сестринские хроматиды располагаются вдоль центра клетки.
  • Центриоли расходятся к противоположным полюсам дочерних клеток.
  • Волокна мейотического веретена прикрепляются к отдельным сестринским хроматидам.

Анафаза II

  • Сестринские хроматиды разделяются и перемещаются к противоположным полюсам мейотическим веретеном, и они становятся отдельными хромосомами.

Телофаза II и цитокинез

  • Хромосомы перемещаются к противоположным полюсам клетки, и каждый полюс имеет полный набор хромосом.
  • Снова начинает формироваться ядерная оболочка и образуются два новых клеточных ядра.
  • Происходит цитокинез.
  • После завершения цитокинеза появляются четыре новые клетки с гаплоидным набором хромосом.
  • У мужчин все четыре клетки являются сперматозоидами.
  • У самок одна новая — яйцеклетка, а остальные — полярные тельца.

Бинарное деление

Когда клетка делится, она сначала дублирует свою ДНК, а затем делится. Так происходит ежедневный рост человеческого тела, который требует создания новых клеток для восстановления и поддержания тканей посредством деления клеток. Для прокариот (бактерий) процесс бинарного деления представляет собой простое удвоение ДНК с последующим делением на две клетки. У эукариот (растений и животных) процесс деления клеток более сложен. Первым этапом клеточного деления для большинства клеток является удвоение хромосом. Один набор хромосом в нормальной клетке человека содержит примерно три миллиарда пар оснований или шесть миллиардов нуклеотидов.

Вывод

Деление клетки можно просто определить как процесс, в результате которого образуются две дочерние клетки, каждая с тем же числом хромосом, что и родительская клетка. Сначала удваиваются хромосомы, а затем клетка делится. У прокариот бинарное деление представляет собой простое удвоение ДНК с последующим делением на две клетки. У эукариот процесс деления клеток более сложен. Первым этапом клеточного деления для большинства клеток является удвоение хромосом. Один набор хромосом в нормальной клетке человека содержит примерно три миллиарда пар оснований или шесть миллиардов нуклеотидов.

В мейозе I, сестринские хроматиды клетки остаются вместе. Когда клетки делятся, образуются четыре новые клетки с гаплоидным набором хромосом. У мужчин все четыре клетки являются сперматозоидами. Одна новая — яйцеклетка у самки, а остальные — полярные тельца. Итак, мейоз важен в процессе полового размножения. Следует знать, что мейоз II завершен и клетки делятся на четыре новые дочерние клетки.