Митоза, биология
Митозата е най-честият начин за делене на еукариотните клетки. По време на митозата геномите на всяка от двете получени клетки са идентични една на друга и съвпадат с генома на оригиналната клетка.
Митозата е последната и обикновено най-кратката стъпка в клетъчния цикъл. С края му приключва жизненият цикъл на клетката и започват циклите на две новообразувани.
Диаграмата илюстрира продължителността на етапите на клетъчния цикъл. Буквата М означава митоза. Най-високата скорост на митозата се наблюдава в зародишните клетки, най-ниската - в тъканите с висока степен на диференциация, ако клетките им изобщо се делят.
Въпреки че митозата се разглежда независимо от интерфазата, която се състои от периоди G1, S и G2, подготовката за нея се случва точно в нея. Най-важният момент е репликацията на ДНК, протичаща в синтетичния (S) период. След репликация всяка хромозома се състои от две идентични хроматиди. Те са близо една до друга по цялата си дължина и са свързани в областта на центромера на хромозомата.
В интерфазата хромозомите са разположени в ядрото и представляват плетеница от тънки, много дълги хроматинови нишки, които се виждат само под електронен микроскоп.
В митозата се разграничават редица последователни фази, които също могат да бъдат наречени етапи или периоди. В класическата опростена версия на разглеждането се разграничават четири фази. Това сапрофаза, метафаза, анафаза и телофаза. Често се разграничават повече фази: прометафаза (между профаза и метафаза), препрофаза (характерна за растителните клетки, предшества профазата).
Митозата е свързана с друг процес -цитокинеза, който се проявява главно през телофазния период. Можем да кажем, че цитокинезата е, така да се каже, неразделна част от телофазата или двата процеса протичат паралелно. Под цитокинеза се има предвидделене на цитоплазмата (но не и на ядрото!) на родителската клетка. Ядреното делене се наричакариокинеза и предхожда цитокинезата. Но по време на митозата като такава ядреното делене не се извършва, тъй като първо се разпада едно - родителското, след което се образуват две нови - дъщерните.
Има моменти, когато възниква кариокинеза, но не и цитокинеза. В такива случаи се образуват многоядрени клетки.
Продължителността на самата митоза и нейните фази е индивидуална и зависи от вида на клетката. Обикновено профазата и метафазата са най-дългите периоди.
Средната продължителност на митозата е около два часа. Животинските клетки обикновено се делят по-бързо от растителните.
По време на деленето на еукариотните клетки задължително се образува биполярно вретено на делене, състоящо се от микротубули и протеини, свързани с тях. Благодарение на него има равномерно разпределение на наследствения материал между дъщерните клетки.
По-долу ще бъде дадено описание на процесите, които протичат в клетката в различните фази на митозата. Преходът към всяка следваща фаза се контролира в клетката чрез специални биохимични контролни точки, в които се „проверява” дали всички необходими процеси са преминали правилно. Ако има грешки, разделянето може или не може да спре. В последния случай се появяват анормални клетки.
Фази на митоза
В профазата протичат следните процеси (предимно паралелно):
Ядрената обвивка се разпада
Образуват се два полюса на шпиндела
Митозата започва със скъсяване на хромозомите. Двойките хроматиди, които ги изграждат, се спирализират, в резултат на което хромозомите са силно скъсени и удебелени. До края на профазата те могат да се видят под светлинен микроскоп.
Ядрецата изчезват, защото частите от хромозомите, които ги образуват (нуклеоларни организатори)вече са в спираловидна форма, следователно, те са неактивни и не взаимодействат помежду си. В допълнение, нуклеоларните протеини се разграждат.
В клетките на животните и нисшите растения центриолите на клетъчния център се отклоняват по полюсите на клетката и действат като центрове за организиране на микротубули. Въпреки че висшите растения нямат центриоли, се образуват и микротубули.
Късите (астрални) микротубули започват да се отклоняват от всеки център на организация. Образува се структура, подобна на звезда. Растенията не го произвеждат. Техните полюси на делене са по-широки; микротубулите излизат не от малка, а от относително широка област.
Разпадането на ядрената обвивка на малки вакуоли бележи края на профазата.
Вдясно на фотомикрографията микротубулите са маркирани в зелено, хромозомите са маркирани в синьо, а центромерите на хромозомите са маркирани в червено.
Трябва също да се отбележи, че по време на профазата на митозата настъпва фрагментация на EPS, тя се разпада на малки вакуоли; Апаратът на Голджи се разпада на отделни диктиозоми.
прометафаза
Ключовите процеси на прометафазата са предимно последователни:
Хаотично подреждане и движение на хромозомите в цитоплазмата.
Свързването им с микротубули.
Движение на хромозомите в екваториалната равнина на клетката.
Хромозомите са в цитоплазмата, те се движат произволно. Веднъж достигнали полюсите, те са по-склонни да се свържат с плюсовия край на микротубула. Накрая нишката се прикрепя към кинетохора.
Такава кинетохорна микротубула започва да расте, което отдалечава хромозомата от полюса. В даден момент друга микротубула е прикрепена към кинетохора на сестринския хроматид, израствайки от другия полюс на делене. Тя също започва да изтласква хромозомата, но в обратната посока. Като резултатхромозомата става на екватора.
Кинетохорите са протеинови структури в центромерите на хромозомите. Всеки сестрински хроматид има свой собствен кинетохор, който узрява в профаза.
В допълнение към астралните и кинетохорните микротубули има такива, които преминават от един полюс към друг, сякаш разрушават клетката в посока, перпендикулярна на екватора.
Признак за началото на метафазата е разположението на хромозомите по протежение на екватора, образува се така нареченатаметафаза или екваториална плоча. В метафазата броят на хромозомите, техните различия и фактът, че се състоят от две сестрински хроматиди, свързани в центромера, са ясно видими.
Хромозомите се държат заедно чрез балансирани сили на напрежение на микротубули с различни полюси.
Сестринските хроматиди се разделят, като всяка се движи към своя полюс.
Полюсите се отдалечават един от друг.
Анафазата е най-кратката фаза на митозата. Започва, когато центромерите на хромозомите се разделят на две части. В резултат на това всяка хроматида се превръща в независима хромозома и е прикрепена към микротубула с един полюс. Нишките "дърпат" хроматидите към противоположните полюси. Всъщност микротубулите се разглобяват (деполимеризират), т.е. съкращават се.
В анафазата на животинските клетки се движат не само дъщерните хромозоми, но и самите полюси. Благодарение на други микротубули те се раздалечават, астралните микротубули са прикрепени към мембраните и също „дърпат“.
Хромозомите спират да се движат
Ядрената обвивка се възстановява
Повечето от микротубулите изчезват
Телофазата започва, когато хромозомите спрат да се движат, спирайки на полюсите. Те се деспирализират, стават дълги и нишковидни.
микротубуливретената на делене се унищожават от полюсите до екватора, т.е. от страната на минусовите им краища.
Около хромозомите се образува ядрена обвивка чрез сливане на мембранни везикули, в които майчиното ядро и EPS се разпадат в профаза. Всеки полюс има собствено дъщерно ядро.
Тъй като хромозомите се деспирализират, нуклеоларните организатори стават активни и се появяват нуклеоли.
Синтезът на РНК се възобновява.
Ако центриолите все още не са сдвоени на полюсите, тогава двойка е завършена близо до всеки от тях. Така на всеки полюс се пресъздава собствен клетъчен център, който ще отива към дъщерната клетка.
Обикновено телофазата завършва с разделяне на цитоплазмата, т.е. цитокинеза.
Цитокинезата може да започне още в анафазата. До началото на цитокинезата клетъчните органели се разпределят относително равномерно по полюсите.
Разделянето на цитоплазмата на растителни и животински клетки се извършва по различни начини.
В животинските клетки, поради еластичността, цитоплазмената мембрана в екваториалната част на клетката започва да се издува навътре. Образува се бразда, която в крайна сметка се затваря. С други думи, майчината клетка се дели чрез лигиране.
В растителните клетки в телофаза нишките на вретеното не изчезват в областта на екватора. Те се приближават до цитоплазмената мембрана, броят им се увеличава и те образуватфрагмопласт. Състои се от къси микротубули, микрофиламенти, части от EPS. Рибозомите, митохондриите, комплексът Голджи се движат тук. Везикулите на Голджи и тяхното съдържание в екватора образуват средната клетъчна плоча, клетъчните стени и мембраната на дъщерните клетки.
Значение и функции на митозата
Митозата осигурява генетична стабилност: точното възпроизвеждане на генетичен материал вредица поколения. Ядрата на новите клетки съдържат същия брой хромозоми като родителската клетка и тези хромозоми са точни копия на родителя (освен ако, разбира се, не са настъпили мутации). С други думи, дъщерните клетки са генетично идентични с родителските.
Митозата обаче изпълнява и редица други важни функции:
растеж на многоклетъчен организъм
заместване на клетки от различни тъкани в многоклетъчни организми,
при някои видове може да настъпи регенерация на части от тялото.