Митоз — это процесс деления клеток, в результате которого образуются две дочерние клетки, идентичные исходной материнской клетке. Митоз играет ключевую роль в росте, развитии и восстановлении тканей многоклеточных организмов. Исследование митоза позволяет глубже понять процессы клеточного деления, а также причины различных заболеваний, связанных с нарушением этих процессов, таких как рак.
Фазы митоза:
Как правило принято подразумевать под первой фазой митоза "профазу", но часто забывают о "интерфазе".
1) Интерфаза. Во время этой фазы начинается активный рост клетки, образование органелл, синтез белка и других органических веществ клетки. Также интерфаза делится ещё на три фазы:
- G1-фаза (пресинтетическая) — клетка растёт, осуществляется синтез органических веществ и образование органоидов.
- S-фаза (синтетическая) — репликация ДНК (создание двух дочерних молекул ДНК на основе родительской молекулы ДНК). Две копии одной молекулы ДНК называются сестринскими хроматидами. Обе сестринские хроматиды, пока они соединены центромерой, составляют реплицированную хромосому. После разделения хроматид в ходе деления клетки их называют дочерними хромосомами. То есть хроматиды — это половинки реплицированных хромосом, которые в процессе деления становятся автономными структурами и превращаются в хромосомы. Таким образом, каждая хромосома представляет собой либо одну молекулу ДНК, либо, перед делением клетки, две абсолютно идентичные друг другу копии одной молекулы ДНК.
- G2-фаза (постсинтетическая) — клетка готовится к делению: синтезируются белки, накапливается запас богатых энергией веществ (АТФ и глюкозы).
2) Профаза. На этом этапе происходит конденсация(спирализация) хромосом, что делает их видимыми под микроскопом. Каждая хромосома состоит из двух идентичных сестринских хроматид, соединенных в области, называемой центромерой. Нити веретена, состоящие из микротрубочек, начинают формироваться, и центриоли, расположенные на полюсах клетки, начинают перемещаться к противоположным концам.
3) Прометафаза. Существует также "прометафаза", она проходит крайне быстро и является промежуточным этапом между "профазой" и "метафазой", также её очень мало где упоминают. В ней полностью разрушается ядерная оболочка и происходит смешивание цитоплазмы и кариоплазмы. Хромосомы хаотично располагаются в клетке и происходит ещё большее уплотнение хромосом и образование на их центромерах кинетохор — специальных белков, от которых отходят микротрубочки. Группы микротрубочек веретена деления взаимодействуют с кинетохорными микротрубочками хромосом и прилепляются к ним.
4) Метафаза. Во время метафазы хромосомы выстраиваются посредине митотического веретена. Это образует метафазную пластинку. При этом специальный белковый комплекс, называемый кинетохором, прикрепляется к центромере каждой хромосомы, что обеспечивает правильное распределение генетического материала между дочерними клетками.
5) Анафаза. Эта фаза начинается с разделения сестринских хроматид, которые становятся отдельными хромосомами. Они начинают двигаться к полюсам клетки под действием сокращающихся микротрубочек. Этот этап критически важен, так как обеспечивается равномерное распределение генетической информации между дочерними клетками.
6) Телофаза. На данном этапе начинают формироваться новые ядерные оболочки вокруг каждой группы хромосом, которые теперь находятся на полюсах клетки. Хромосомы постепенно размягчаются и возвращаются в нативное(деспирализуются) состояние, что делает их менее видимыми. Заканчивается телофаза завершением процесса деления ядра.
7) Цитокинез. Является последним этапом клеточного деления, на котором происходит разделение цитоплазмы и всех органелл между дочерними клетками. У животных клеток цитокинез происходит через образование перетяжки, тогда как в растительных клетках — с образованием клеточной пластинки.
Митоз играет несколько ключевых ролей в жизнедеятельности организма:
- Рост и развитие: Митоз является основным механизмом, обеспечивающим рост многоклеточных организмов за счет увеличения числа клеток.
- Ремонт тканей: Митоз позволяет заменять поврежденные или погибшие клетки, обеспечивая восстановление тканей.
- Половое размножение: Хотя митоз не участвует непосредственно в половом размножении, он обеспечивает клеточное деление, необходимое для формирования половых клеток в организме.
Процесс митоза строго регуляторен, и на различных этапах функционируют различные контрольные механизмы. Нарушение этих механизмов может приводить к различным заболеваниям, в том числе к раку. Онкогенами (гены, связанные с развитием опухолей) могут быть гены, отвечающие за регуляцию клеточного цикла и митоза. В норме они контролируют деление клеток, но при мутации их функции могут приводить к бесконтрольному делению — характерному для раковых клеток.
Стоит подметить что у эукариотических и прокариотических клеток митоз отличается так таковой:
- У эукариотов при митозе хромосомный набор не меняется, обе дочерние клетки полностью генетически идентичны исходной. Для деления эукариотических клеток характерно наличие веретена деления. (Самый обычный митоз)
- У прокариотов деление осуществляется проще: клетка растёт за счёт поглощения веществ окружающей среды, при наличии достаточного количества веществ начинается репликация ДНК. Дочерние молекулы ДНК прикрепляются к клеточной мембране в разных точках. Дальнейший рост клетки приводит к росту мембраны, что приводит к растаскиванию дочерних молекул ДНК, после чего клетка делится пополам простой перетяжкой. (Самое обыкновенное бинарное деление, или же деление на две половинки)
Митоз — это сложный и высокоорганизованный процесс, имеющий ключевое значение для жизни многоклеточных организмов. Понимание механизмов митоза открывает новые горизонты для изучения клеточной биологии, а также способствует разработке методов лечения различных заболеваний. Эффективность регуляции митоза крайне важна для поддержания здоровья и нормального функционирования