Деление клеток: что это, основные виды, стадии и патологии

В этой статье мы разберем, как клетка проходит путь от подготовки к делению до образования дочерних клеток: простыми словами объясним суть процесса, сравним основные формы деления (от бинарного деления у прокариот до митоза и мейоза), поэтапно рассмотрим стадии клеточного цикла и покажем, какие сигналы его ускоряют или, наоборот, тормозят. Также обсудим, к каким последствиям приводят ошибки в распределении генетического материала, почему может останавливаться пролиферация и какие зрелые клетки организма обновляются минимально. Материал подойдет школьникам, студентам и абитуриентам медико-биологических специальностей, а если нужна персональная помощь в подготовке, можно подобрать репетитора по биологии.

Что такое деление клеток?

Деление клеток — биологический процесс, при котором из одной родительской клетки образуются две или более дочерние. Деление лежит в основе размножения одноклеточных организмов, роста и развития многоклеточных, передаче наследственного материала, отвечает за обновление, восстановление и регенерацию тканей.

Деление клеток происходит в рамках клеточного цикла, который состоит из двух основных периодов: интерфазы, когда клетка растет и выполняет свои функции, и митоза или мейоза, собственно размножения.

Какие существуют виды деления клеток?

Существует четыре способа деления клеток: прямое бинарное деление, амитоз, митоз, мейоз. Прямое бинарное деление характерно для прокариотических клеток, например, бактерий и цианобактерий, когда они делятся пополам. Это быстрый и экономичный способ, клетка удлиняется, ДНК удваивается, молекулы ДНК прикрепляются к мембране, которая затем встает между ними и делит клетку пополам.

Амитозом называется прямое деление ядра без образования веретена деления и спирализации хромосом. Способ для клетки энергетически экономный, встречается в специализированных или стареющих клетках, чаще патологический. Ядро делится перетяжкой, обычно без деления цитоплазмы, что может привести к многоядерным клеткам или неравномерному распределению ДНК.

Митоз — непрямое деление эукариотических соматических клеток с сохранением хромосомного набора. Такой подход важен для роста, регенерации, бесполого размножения и обеспечивает идентичность дочерних клеток. При митозе происходит спирализация хромосом, образуется веретено деления, сестринские хроматиды разделяются, ДНК распределяется равномерно между дочерними клетками.

Мейоз заключается в редукционном делении эукариотических клеток, приводит к образованию гаплоидных клеток с одним набором хромосом. Обычно так получаются гаметы или половые клетки.

Подберите репетитора

Опишите свои требования и получите предложения педагогов

Оставить заявку

Как определить тип деления клеток?

Тип деления клетки определяется по наиболее характерным признакам:

• при прямом бинарном делении клетка прокариота делится пополам, без образования ядра и веретена деления, обе дочерние клетки идентичны родительской.
• при амитозе происходит прямое деление ядра без спирализации хромосом и без веретена деления, чаще делится только ядро, цитоплазма может не делиться.
• для митоза или непрямого деления эукариотических соматических клеток характерна спирализация хромосом и формирование веретена деления. Образуются две клетки генетически идентичные материнской.
• мейоз включает два последовательных деления, в результате которых из одной диплоидной клетки образуются четыре гаплоидные клетки с разным набором хромосом.

Сколько стадий деления клетки?

Деление клетки включает две основные стадии: интерфазу и митоз. Митоз же состоит из пяти фаз, к ним относятся профаза, прометафаза, метафаза, анафаза и телофаза. После митоза происходит деление цитоплазмы или цитокинез.

Как происходит деление клеток?

Деление клеток происходит в результате митоза и мейоза. Рассмотрим процесс пошагово на примере митоза.

Интерфаза или подготовительный этап, во время него клетка растет, ДНК удваивается, формируются две сестринские хроматиды, связанные в области центромеры. Центросомы — органеллы, участвующие в делении, тоже дублируются.

Во время профазы хромосомы конденсируются (спирализуются) и становятся видимыми в микроскоп, ядрышки исчезают, ядерная оболочка начинает разрушаться. Из микротрубочек формируется веретено деления, оно отвечает за распределение хромосом.

В прометафазу разрушается ядерная оболочка, веретено деления прикрепляется к центромерам хромосом через специальные структуры кинетохоры. Хромосомы продолжают конденсироваться и начинают двигаться к экватору клетки.

В метафазу хромосомы образуют метафазную пластинку, выстраиваясь в экваториальной области клетки. Веретено деления удерживает хромосомы в стабильном положении, готовит к разделению.

В анафазу центромеры разделяются, за счет укорачивания трубочек веретена сестринские хроматиды перемещаются к противоположным полюсам клетки. Каждая хроматида становится самостоятельной хромосомой.

В телофазу хромосомы раскручиваются (деспирализуются), вокруг каждой группы хромосом формируется новая ядерная оболочка, веретено деления распадается. Клетка готовится к окончательному разделению.

В цитокинез делится цитоплазма. При этом в животных клетках появляется перетяжка, которая постепенно углубляется до тех пор, пока не разделит клетку на две. В растительных клетках формируется клеточная пластинка, которая становится новой стенкой.

Что стимулирует деление клеток?

Деление клеток стимулируют факторы роста и окружающей среды, гормоны, митогены, циклины. Факторы роста много, например, тромбоцитарный фактор, отвечает за регенерацию и выживание клеток, а инсулиноподобный фактор за клеточный рост, дифференцировку и миграцию клеток.

Некоторые гормоны, такие как соматотропин, стимулируют деление клеток. Митогены — небольшие белки, активируют определенные пути передачи сигнала и индуцируют митоз. Циклины и циклин-зависимые киназы (CDK) — ферменты, регулирующие клеточный обмен, влияют на деление клеток.

К факторам окружающей среды, стимулирующих деление клеток, относятся полноценное питание, механическое повреждение, свет и температура, они могут вызвать деление клеток для восстановления ткани.

Что предшествует делению клетки?

Делению клетки предшествует интерфаза — это период подготовки, когда клетка растет, удваивает ДНК, органеллы и запасает вещества, необходимые для деления. Интерфаза делится на три этапа: фазу G1, S и G2.

В фазу G1 клетка увеличивается в размере, синтезирует белки и органеллы. В фазе S ДНК удваивается, образуя сестринские хроматиды. В фазе G2 клетка готовится к делению, синтезирует необходимые белки, накапливает энергию и начинает формировать веретено деления.

Что контролирует деление клеток?

Деление клеток контролируют регуляторные белки циклины и циклин-зависимые киназы, а также специальные сигналы и механизмы, которые в эукариотическом цикле называются контрольными точками клеточного цикла.

Контрольные точки проверяют ключевые процессы, такие как репликация ДНК, выравнивание хромосом на ошибки, если ошибки находятся, останавливают цикл до их исправления. Активность циклин-CDK-комплеков регулирует переход клетки из одной фазы цикла в другую, обеспечивает последовательность событий.

Что замедляет деление клеток?

Деление клеток замедляют как внутренние, так и внешние факторы.

Укорочение теломер до критической длины запускает программу старения и останавливает деление клетки. Теломеры или концевые участки хромосом становятся короче при каждом делении, защищая концы хромосом от повреждений.

Хроническое повреждение ДНК запускает механизмы контроля, которые замедляют или прекращают деление, чтобы не передать мутацию.

При старении (сенесценции) клетки перестают делиться, что связано с накопившимися повреждениями, укорочением теломер и активацией защитных механизмов.

Внешние факторы, такие как курение, химиотерапия, радиация, токсические вещества вызывают повреждения и замедляют деление клеток. Энергодефицит также снижает способность клетки делиться.

Узнайте цену занятий репетитора

Оставьте заявку и получите предложения от частных преподавателей в вашем городе

Уточнить стоимость

Можно ли остановить деление клеток?

Деление клеток можно остановить. Здоровые клетки сами прекращают делиться при контакте друг с другом из-за нехватки места, такой процесс называется контактным торможением. Ингибиторы циклин-зависимых киназ останавливают клеточный цикл в контрольных точках.

Старение клетки прекращает деление практически необратимо, что вызвано стрессом, повреждениями или укорочение теломер. При стрессах вырабатываются определенные белки, такие как Xbp1, они вызывают остановку цикла даже при высокой активности белков, стимулирующих деление.

Какие бывают патологии деления клеток?

Основные патологии деления клеток связаны с нарушением митотического аппарата, хромосомными и геномными мутациями. К нарушениям митотического аппарата относятся повреждения, связанные с веретеном деления, они приводят к задержке митоза или ошибкам в расхождении хромосом.

Хромосомные мутации приводят к изменению структуры хромосом, среди которых делеция или потеря участка хромосомы, инверсия или поворот участка хромосомы на 180 градусов, транслокация или перемещении участка одной хромосомы в другую, дупликации или удвоения участка.

Геномные мутации связаны с изменением числа хромосом. Примером такой патологии может быть анеуплоидия, когда теряется или приобретается одна или несколько хромосом (синдром Дауна, синдром Тернера, синдром Клайнфельтера).

Какие клетки не делятся?

Не делятся те клетки, которые утратили способность к клеточному циклу, имеют сложные функции, не совместимые с процессами деления, лишенные ядра, либо со сложной структурой. Нервные клетки практически не способны делиться после завершения дифференцировки, так как у них высокоспециализированная структура и функции.

Мышечные поперечно-полосатые клетки не делятся, потому что образуют длинные многоядерные волокна. Эритроциты или красные клетки крови не имеют ядра и не могут делиться, образуются из предшественников в костном мозге. Клетки сердечной мышцы, кардиомиоциты, способны регенерировать в младенческом возрасте, но практически не делятся у взрослых.