Всяка клетка започва живота си, когато се отдели от клетката майка, и прекратява съществуването си, позволявайки на дъщерните си клетки да се появят. Природата предоставя повече от един начин за разделяне на тяхното ядро, в зависимост от тяхната структура.
Методи за клетъчно делене
Ядреното деление зависи от типа клетка:
- Бинарно делене (намерено в прокариотите).
- Амитоза (директно разделяне).
- Митоза (намерена при еукариоти).
- Мейоза (предназначена за разделяне на зародишни клетки).
Видовете ядрено делене се определят от природата и съответстват на структурата на клетката и функцията, която изпълнява в макроорганизма или самостоятелно.
Бинарно делене
Този тип е най-често срещан в прокариотните клетки. Състои се в удвояване на кръговата ДНК молекула. Бинарното делене на ядрото се нарича така, защото от майката се появяват две дъщерни клетки с еднакъв размер.
След като генетичният материал (молекулата ДНК или РНК) е приготвен по подходящ начин, тоест удвоен, от клетъчната стена започваобразува се напречна преграда, която постепенно се стеснява и разделя цитоплазмата на клетката на две приблизително еднакви части.
Вторият процес на делене се нарича пъпкуване или неравномерно бинарно делене. В този случай на мястото на клетъчната стена се появява изпъкналост, която постепенно нараства. След като размерите на "бъбрека" и майчината клетка са равни, те ще се разделят. И част от клетъчната стена се синтезира отново.
Амитоза
Това ядрено разделение е подобно на описаното по-горе, с тази разлика, че няма дублиране на генетичен материал. Този метод е описан за първи път от биолога Ремак. Това явление се проявява в патологично променени клетки (туморна дегенерация) и също така е физиологична норма за чернодробната тъкан, хрущяла и роговицата.
Процесът на ядрено делене се нарича амитоза, тъй като клетката запазва функциите си, а не ги губи, както при митоза. Това обяснява патологичните свойства, присъщи на клетките с този метод на делене. Освен това, директното ядрено делене се извършва без вретено на делене, така че хроматинът в дъщерните клетки е неравномерно разпределен. Впоследствие такива клетки не могат да използват митотичния цикъл. Понякога амитозата води до образуването на многоядрени клетки.
Митоза
Това е непряко ядрено делене. Най-често се среща в еукариотните клетки. Основната разлика между този процес е, че дъщерните клетки и майчината клетка съдържат еднакъв брой хромозоми. По този начинв тялото се поддържа необходимия брой клетки, като са възможни и процесите на регенерация и растеж. Флеминг е първият, който описва митоза в животинска клетка.
Процесът на ядрено делене в този случай се разделя на интерфаза и директно митоза. Интерфазата е състоянието на покой на клетката между деленията. Тя може да бъде разделена на няколко фази:
1. Пресинтетичен период - клетката расте, в нея се натрупват протеини и въглехидрати, активно се синтезира АТФ (аденозин трифосфат).
2. Синтетичен период - Генетичният материал се удвоява.
3. Постсинтетичен период - клетъчните елементи се удвояват, появяват се протеини, които изграждат делителното вретено.
Фази на митоза
Разделянето на ядрото на еукариотната клетка е процес, който изисква образуването на допълнителна органела - центрозомата. Намира се до ядрото, а основната му функция е образуването на нова органела – делителното вретено. Тази структура помага за равномерното разпределение на хромозомите между дъщерните клетки.
Има четири фази на митоза:
1. Профаза: Хроматинът в ядрото кондензира в хроматиди, които се събират близо до центромера, за да образуват хромозоми по двойки. Ядрата се разпадат и центриолите се придвижват към полюсите на клетката. Образува се вретено на делене.
2. Метафаза: Хромозомите се подреждат в линия през центъра на клетката, образувайки метафазната плоча.
3. Анафаза: Хроматидите се движат от центъра на клетката към полюсите и след това центромерата се разделя на две. Такавадвижението е възможно благодарение на делителното вретено, чиито нишки се свиват и разтягат хромозомите в различни посоки.
4. Телофаза: Образуват се дъщерни ядра. Хроматидите отново се превръщат в хроматин, образува се ядрото, а в него - нуклеолите. Всичко завършва с разделянето на цитоплазмата и образуването на клетъчна стена.
Ендомитоза
Увеличаването на генетичния материал, което не включва ядрено делене, се нарича ендомитоза. Намира се в растителните и животинските клетки. В този случай няма разрушаване на цитоплазмата и обвивката на ядрото, но хроматинът се превръща в хромозоми и след това отново се деспирализира.
Този процес произвежда полиплоидни ядра с повишено съдържание на ДНК. Подобно се случва в колониообразуващите клетки на червения костен мозък. Освен това има случаи, когато молекулите на ДНК се удвояват по размер, докато броят на хромозомите остава същият. Те се наричат политени и могат да бъдат намерени в клетки на насекоми.
Значение на митоза
Митотичното ядрено делене е начин за поддържане на постоянен набор от хромозоми. Дъщерните клетки имат същия набор от гени като майката и всички характеристики, присъщи на тях. Митоза е необходима за:
- растеж и развитие на многоклетъчен организъм (от сливането на зародишни клетки);
- преместване на клетки от долните слоеве към горните, както и заместване на кръвни клетки (еритроцити, левкоцити, тромбоцити);
- възстановяване на увредените тъкани (при някои животни способността за регенериране енеобходимо условие за оцеляване, като морски звезди или гущери);
- безполово размножаване на растения и някои животни (безгръбначни).
Мейоза
Механизмът на ядрено делене на зародишните клетки е малко по-различен от соматичния. В резултат се получават клетки, които имат наполовина по-малко генетична информация от техните предшественици. Това е необходимо, за да се поддържа постоянен брой хромозоми във всяка клетка на тялото.
Мейозата протича на два етапа:
- етап на намаляване;
- уравнение.
Правилният ход на този процес е възможен само в клетки с равен набор от хромозоми (диплоидни, тетраплоидни, хексафроидни и др.). Разбира се, остава възможно да се подложи на мейоза в клетки с странен набор от хромозоми, но тогава потомството може да не е жизнеспособно.
Този механизъм осигурява стерилитет в междувидовите бракове. Тъй като половите клетки съдържат различни набори от хромозоми, това затруднява сливането им и произвеждането на жизнеспособно или плодородно потомство.
Първо разделение на мейозата
Наименованието на фазите повтаря тези в митозата: профаза, метафаза, анафаза, телофаза. Но има редица съществени разлики.
1. Профаза: двоен набор от хромозоми извършва серия от трансформации, преминаващи през пет етапа (лептотен, зиготена, пахитена, диплотен, диакинеза). Всичко това се случва благодарение на конюгиране и кръстосване.
Конюгирането е обединяването на хомоложни хромозоми. В лептотен между тях се образуваттънки нишки, след това в зиготена хромозомите са свързани по двойки и в резултат се получават структури от четири хроматиди.
Кросинговърът е процесът на кръстосана обмяна на участъци от хроматиди между сестрински или хомоложни хромозоми. Това се случва на етапа на пахитена. Образуват се кръстосвания (хиазми) на хромозоми. Човек може да има от тридесет и пет до шестдесет и шест такива обмена. Резултатът от този процес е генетичната хетерогенност на получения материал или променливостта на зародишните клетки.
Когато настъпи етапът на диплотен, комплексите от четири хроматиди се разпадат и сестринските хромозоми се отблъскват взаимно. Диакинезата завършва прехода от профаза към метафаза.
2. Метафаза: Хромозомите се подреждат близо до екватора на клетката.
3. Анафаза: Хромозомите, които все още се състоят от две хроматиди, се отдалечават към полюсите на клетката.
4. Телофаза: Вретено се разпада, което води до две хаплоидни клетки с двойно количество ДНК.
Второ деление на мейозата
Този процес се нарича още "митоза на мейоза". В момента между две фази не се случва дублиране на ДНК и клетката влиза във втората профаза със същия набор от хромозоми, който е оставила след телофаза 1.
1. Профаза: хромозомите се кондензират, клетъчният център се отделя (останките му се отклоняват към полюсите на клетката), ядрената обвивка се разрушава и се образува делително вретено, разположено перпендикулярно на шпиндела от първото деление.
2. Метафаза: хромозомите са разположени на екватора, образуваниметафазна плоча.
3. Анафаза: Хромозомите се разделят на хроматиди, които се раздалечават.
4. Телофаза: в дъщерните клетки се образува ядро, хроматидите се деспирализират в хроматин.
В края на втората фаза, от една родителска клетка, имаме четири дъщерни клетки с половин набор от хромозоми. Ако мейозата настъпва във връзка с гаметогенезата (тоест образуването на зародишни клетки), тогава разделянето е рязко, неравномерно и се образува една клетка с хаплоиден набор от хромозоми и три редукционни тела, които не носят необходимата генетична информация. Те са необходими, за да се запази само половината от генетичния материал на родителската клетка в яйцеклетката и спермата. Освен това тази форма на ядрено деление осигурява появата на нови комбинации от гени, както и наследяването на чисти алели.
При протозоите има вариант на мейоза, когато в първата фаза става само едно деление, а във втората има кръстосване. Учените предполагат, че тази форма е еволюционен предшественик на нормалната мейоза в многоклетъчните организми. Може да има други начини за ядрено делене, за които учените все още не знаят.
