Клетка / Cell

Строение хромосом

Хромосомы отвечают за передачу и реализацию наследственной информации и в эукариотической клетке находятся в ядре.

По химическому строению хромосомы представляют собой комплексы дезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК) и связанных с ними белков, а также небольшого количества других веществ и ионов. Таким образом, хромосомы являются дезоксирибонуклеопротеидами (ДНП).

Ген — это последовательность определенного количество следующих друг за другом нуклеотид, составляющих ДНК.

В зависимости от фазы клеточного цикла по внешнему строению хромосомы могут быть представлены:

1. в виде невидимого в световой микроскоп хроматина (в интерфазе) и состоять из одной хроматиды или 2) в форме двух спирализованных хроматид, видимых в световой микроскоп (в фазах клеточного деления, начиная с метафазы).

Центромера (первичная перетяжка) – имеет белковую природу и отвечает за движение хромосомы, также к ней крепятся нити веретена деления.

В зависимости от места расположения центромеры различают: 

• равноплечие (метацентрические), 
• неравноплечие (субметацентрические) 
• палочковидные (акроцентрические) хромосомы.

На концах хроматид находятся так называемые теломеры. Они препятствуют слипанию хромосом.

Для каждого вида живых организмов характерен свой кариотип, т. е. свое количество хромосом и их особенности (длина, положение центромер, особенности химического строения). По кариотипу можно определить биологический вид.

Фазы клеточного цикла

Phases of the Cell Cycle

Клеточный цикл — это период существования клетки. Клеточный цикл длится от момента появления клетки до ее гибели.

Выделяют следующие последовательно идущие фазы клеточного цикла:

1. Пресинтетический период (G1)
2. Синтетический период (S)
3. Постсинтетический период (G2)
4. Деление клетки: митоз (М)

Первые три фазы клеточного цикла представляют собой интерфазу. Во время интерфазы клетка готовится к будущему делению: растёт, удваивает количество цитоплазмы, клеточных белков и органелл. В S-фазе происходит удвоение хромосом и центросом (клеточных центров).

Длительность клеточного цикла у разных клеток неодинакова: есть быстро делящиеся, другие делятся через относительно большие промежутки времени. Существуют дифференцированные клетки, которые не делятся вообще. У них по-сути нет перечисленных фаз/периодов. На фазе G₁ они вступают в так называемую фазу G₀ (фазу покоя).

Пресинтетическая фаза наиболее длительная. В этот период клетка растет, в ней происходят синтезы РНК, белков, АТФ (Аденозинтрифосфат, Adenosine triphosphate), формирование органелл и др.

Репликация (удвоение) ДНК происходит в синтетический период. Так как хромосомы состоят не только из молекул ДНК, но и из белков (гистонов), то происходит и их синтез. К концу синтетической фазы клеточного цикла каждая хромосома состоит из двух одинаковых хроматид.

В постсинтетический период клетка готовится к делению. Происходит образование структур, необходимых для этого процесса. Также в большом количестве накапливается энергия (синтезируется АТФ).

Митоз сложный процесс, однако протекает достаточно быстро (около 10% времени) по отношению к длительности всего клеточного цикла. В нем выделяют свои фазы: профаза, метафаза, анафаза, телофаза.

Клеточный цикл регулируется внутренними механизмами клетки. В норме если на какой-либо его фазе происходит ошибка, то следующая фаза клеточного цикла не наступает (вообще или до исправления возникшего дефекта).

Стадии митоза

Stages of mitosis

Митоз — это деление клетки, при котором дочерние клетки генетически идентичны материнской и между собой. То есть при митозе хромосомы удваиваются и распределяются между дочерними клетками так, чтобы каждая получила по одной хроматиде каждой хромосомы.

После удвоения хроматид они остаются соединенными в области центромеры, т. е. хромосома состоит из двух хроматид.

В самом митозе обычно выделяют четыре основные стадии (иногда больше).

Первая стадия митоза — профаза. В эту фазу хромосомы спирализуются и приобретают компактную скрученную форму. Из-за этого становятся невозможны процессы синтеза РНК. Исчезают ядрышки, а значит, рибосомы также не образуются, т. е. синтетические процессы в клетке приостанавливаются. Центриоли расходятся к полюсам (в разные концы) клетки, начинает образовываться веретено деления. В конце профазы распадается ядерная оболочка.

Прометафаза — это стадия, которую не всегда выделяют отдельно. Процессы, происходящие в ней, могут относить к поздней профазе или ранней метафазе. В прометафазе хромосомы оказываются в цитоплазме, беспорядочно перемещаются по клетке пока в районе центромеры не соединятся с нитью веретена деления.

Нить представляет собой микротрубочку, построенную из белка тубулина. Она нарастает присоединяя новые тубулиновые субъединицы. При этом хромосома движется от полюса. Со стороны другого полюса к ней также присоединяется нить веретена и также толкает ее от полюса.

Вторая стадия митоза — метафаза. Все хромосомы располагаются в экваториальной области клетки рядом. К их центромерам прикреплено по две нити веретена деления. В митозе метафаза самая длительная стадия.

Третья стадия митоза — анафаза. В этой фазе хроматиды каждой хромосомы отделяются друг от друга и за счет тянущих их нитей веретена деления отходят к разным полюсам. Микротрубочки теперь не нарастают, а разбираются. Анафаза достаточно быстрая фаза митоза. При расхождении хромосом органоиды клетки примерно в равных количествах также расходятся ближе к полюсам.

Четвертая стадия митоза — телофаза — во многом обратна профазе. Хроматиды собираются у полюсов клетки и раскручиваются, т. е. деспирализуются. Вокруг них формируются ядерные оболочки. Образуются ядрышки, начинается синтез РНК. Веретено деления начинает разрушаться. Далее происходит деление цитоплазмы — цитокинез. В клетках животных это происходит за счет впячивания мембраны внутрь и образования перетяжки. В клетках растений мембрана начинает формироваться внутри в экваториальной плоскости и идет к периферии.