Клетка и ее деление

Автор Анастасия Погребинская

1. Митоз 
Сначала надо определиться с основными понятиями. Да простят меня знатоки и ценители славной науки цитологии (наука о клетке), но я постараюсь сделать это как можно короче. Те, кто захотят углубиться, могут почитать учебник биологии за 10-11 классы (там все описано простым языком) или найти специальную литературу.

Все прекрасно знают, что есть «ген», «ДНК» и другие понятия, но не все ясно представляют их и их работу. Давайте попробуем разобраться.

Итак, у нас есть клетка. В клетке – ядро. В ядре – хромосомы. Что собой представляют хромосомы?
Представьте себе, что у вас очень-очень-очень длинная история написана на очень-очень-очень длинном свитке. И нужно переписать эту историю. Одному — долго и нудно. Поэтому вы нарезаете свиток на отдельные отрывки — какой-то чуть подлиннее, какой-то чуть покороче — и раздаете друзьям. Петя будет переписывать отрывок номер 43, а Наташа — отрывок 296 и т.п. Причем каждый отрывок этой истории архиважен, и ни один выбросить нельзя. 
Так же и ДНК: ДНК — это настолько длинная нить с настолько огромной информацией, что считывать эту информацию было бы очень долго и неудобно. Поэтому все упрощено: длиннющая ДНК (свиток) поделена на отдельные ДНК-шечки (отрывки), эти отрывки и называются «хромосомы». Они и короче, и форму имеют свою, что упрощает процесс деления клетки. 

Как выглядит ДНК, все знают – это две спирально закрученные нити. Между ними находятся так называемые азотистые основания, которые состыкуются особым образом. А большое число водородных связей не дают нитям развалиться и сохраняют подвижность молекулы ДНК. Каждая нить – это «постройка» из нуклеотидов. Нуклеотиды – это химическое соединение трех остатков веществ: азотистого основания, углевода и фосфорной кислоты. А углевод не какой-нибудь, а так называемая «дезоксирибоза». Поэтому и ДНК – это ДезоксирибоНуклеиновая Кислота.  Почему-то так сложилось на нашей планете, что именно эти нуклеиновые кислоты умеют хранить и передавать наследственную информацию. Ну, им и карты в руки.  

Далее мы должны осознать, что клетки бывают соматические (это клетки тела: кожи, органов, когтей, крови и проч.) и половые. На примере соматических клеток обычно показывают процесс деления как таковой, потому что проходит он проще, а называется «митоз» (от греч. «митос» — нить). Вот давайте и посмотрим, что же там творится.

 

Вот есть некая клетка, скажем, мышечная (нарисовано только ядро и хромосомы внутри ядра, а остальные органеллы я, конечно, рисовать не стала. Но они там, в клетке, никуда не деваются). Клетка живет своей жизнью: растет, питается, выделяет продукты обмена… И пока она все это делает, в ее ядре в виде тонюсеньких волосков «дремлют» хромосомы. Их там четное количество. Если мы ведем речь о собаках, то их там 78 штук. 

Пока клетка только готовится, это время называют интерфазой (рис. 7.1.). И вот живет  себе клетка,  живет, в ней происходит активный биосинтез,  и… в определенный момент хромосомы в ее ядре начинают удваиваться. То есть каждая хромосома выстраивает рядом с собой свое точное подобие. Этакий клон. И теперь каждая хромосома — это уже не хромасома, а органоид из двух совершенно идентичных частей, которые называются «хроматиды». Хроматиды держатся друг с другом посредством специальной точки сцепления – центромеры.
Процесс удвоения хромосом очень интересен, но я не буду на нем останавливаться. Просто поверьте на слово.

И вот наша героиня-клетка решила, что пора. В ее ядре начинаются изменения: каждая хромотида начинает закручиваться в спиральку.  И теперь хромосомы (ну, хроматиды которые) в микроскопе видны не как тоненькие и длинные, а как толстенькие и коротенькие. Причем каждая – особой длины и формы. К этому времени оболочка ядра рассасывается, все другие клеточные включения замирают. Т.е. в этот момент клетка не ест, ничего не выделяет, с соседками не болтает… Ибо занята очень  важной работой. Это – профаза. (рис. 7.2)

 

Свернувшись, хромосомы оказываются в центре клетки и встают в стройный ряд. В противоположных частях (полюсах) клетки из особых точек – центриолей – начинают появляться так называемые нити веретена деления. Если мы представим клетку как яйцо, то в центре – все хромосомы, а из верхней и из нижней частей начинают тянуться нити. Каждая ниточка прикрепляется к центромерам. Это – метафаза. (рис.7.3)

 

Как только каждая нить нашла свою хромосомку, в один миг происходит сокращение этих нитей, в результате чего хромосомы разделяются пополам: ниточка из нижней части утаскивает к себе свою хроматиду, а ниточка из верхней – свою. Так как обе хроматиды содержат идентичную друг другу информацию, то в разных полюсах клетки оказываются хроматиды с одинаковой информацией. Отрыв хроматид друг от друга происходит на счет «раз!», т.е. меньше, чем за секунду. Этот коротенький период называют анафазой. (рис.7.4)

 

Когда анафаза закончилась, в нашей клетке оказалось два набора хромосом – 78 в одном полюсе и 78 – в другом (на рисунке их по 3). Вы ведь помните, что перед делением хромосомы удвоились? Вот теперь это удвоение и пригодилось: хромосому «разорвали» пополам, и каждая хроматида отошла в сторону. Эти хроматиды без своего двойника станут самостоятельными хромосомами, когда клетка поделится окончательно. А до конца осталось совсем немного. 

Когда хроматиды разошлись, происходит сближение противоположных сторон внешней оболочки клетки в центральной части. Сблизившись, они размыкаются и снова смыкаются так, что вместо одной клетки получается две. В это же самое время хромосомы разворачиваются
(деспирализируются), в каждой клетке образуется оболочка ядра, а в ней опять в беспорядке уже раскрутившиеся в виде тонких волосков хромосомы ждут следующего деления. Это была телофаза. (рис. 7.5)

 

 

В итоге получились две дочерние клетки, идентичные материнской по «составу».

2. Мейоз.
Это процессы деления половой клетки, их два: мейоз I и мейоз II. Дело в том, что половые клетки – яйцеклетки и сперматозоиды – должны иметь только половину набора хромосом, то есть 39 штук (гаплоидный). Если и яйцеклетка, и сперматозоид будут иметь по 78 хромосом, то при слиянии у зародыша их получится 78+78=156, а это уже не будущая собака, а неведома зверушка. Поэтому половым клеткам нужно пройти две стадии подготовки перед тем, как стать полноценной яйцеклеткой с 39 хромосомами и полноценным сперматозоидом с тем же количеством хромосом. В процессе этих стадий половые клетки именно тем и занимаются, что «освобождаются» от «лишних» хромосом. Когда же сперматозоид сольется с яйцеклеткой, их
половинные наборы создадут полный набор – 78 штук (диплоидный), который и даст нам новое существо – собаку. И всего делов! 

Что же там происходит? В ядре половой клетки тоже «дремлют» хромосомы. Сначала клетка готовится к делению. В ее ядре – двойной набор хромосом, т.е. 78 штук, которые начинают удваиваться. 

Итак, клетка готова – она сыта, здорова, имеет запас энергии. Начинается профаза I: уже удвоенные хромосомы спирализуются и приобретают свою форму и размер. И тут оказывается, что вон та третья слева просто один в один похожа на ту, которая вон там внизу справа! Знаете, что это значит? Это значит, что эти хромосомы – гомологичны, т.е. схожи. Они сближаются и от счастья, что наконец-то нашлись, соединяются и скручиваются по всей длине друг с другом. Этот процесс называется конъюгация. Пока эффект от встречи не закончился, хромосомы могут обменяться какими-нибудь своими частями: серединками, краешками и т.д. Такой обмен называется кроссенговер. После обмена они раскручиваются и просто держатся друг за друга. 

Теперь начинается метафаза I: хромосомы располагаются в плоскости экватора. Другими словам – по центру клетки. Каждая хромосома мало того, что сама удвоенная (т.е. представляет собой две хроматиды), так она еще держит свою гомологичную подругу, тоже удвоенную. Из центриолей появляются нити веретена деления и прикрепляются к центромерам подружек. 

Когда все уже выстроились, а нити прикрепились, происходит анафаза I: резкое сокращение нитей. И тут – внимание! – в противоположные части клетки расходятся не отдельные хроматиды, а сдвоенные хромосомы: одна – в одну часть, другая – в другую.

Что это значит? Было 78 хромосом. У каждой из них после спирализации оказалась в наличии подруга-близнец. В митозе (делении соматической клетки) хромосомам было все равно – есть у них подружка или нет. А тут наоборот. Хромосома в гордом одиночестве не пойдет строиться в ряд к центру, пока не найдет свою гомологичную пару. То есть пойти-то она может, но тогда и процесс деления пойдет не по плану. А нас сейчас интересует именно правильное деление. 

Итак, они разошлись. Начинается телофаза I: нити исчезают, центриоли замирают до следующего деления, а клетка делится пополам. Получилось 2 клетки, в которых пока четное количество хромосом, но эти хромосомы уже не те, что перед делением, потому что кое-какие части у них поменялись местами во время конъюгации. Таким образом, генетическая информация стала немного другой, скажем, более разнообразной. И следующая задача получившихся клеток – это пройти деление еще раз так, чтобы теперь уже, минуя процесс удвоения, к полюсам разошлись только хроматиды. 

Поэтому клетка тут же делится еще раз. После короткой профазы II, хромосомы встают в ряд и к ним прикрепляются нити (метафаза II). Далее – короткая анафаза II – и к полюсам клетки разошлись одинокие хроматиды. Хрясь! – и клетка делится пополам (телофаза II). Получаем две клетки, а в них – гаплоидный набор! Ба, знакомые все лица: да это уже ЯЙЦЕКЛЕТКА и СПЕРМАТОЗОИД! Здрасьте, заждались! 

Суть: после митоза из одной изначальной (материнской) клетки получили две точно такие же (дочерние), а после мейоза – четыре, но уже не такие же, как изначальная.

До всех этих делений первичные половые клетки кобеля и суки сходны, потом они дифференцируются. У кобелей первичные половые клетки называются «сперматогонии», которые превращаются в сперматоциды первого порядка, а те делятся и превращаются в сперматоциды 2-го порядка, а те, когда набор хромосом станет гаплоидным, и являются спермиями. Весь этот процесс называется сперматогенез.
У сук немного иначе: первичные половые клетки – оогонии – сначала становятся ооцитами 1-го порядка, потом 2-го порядка, а только потом единицы из них станут яйцеклетками. Это оогенез.

Зачем нам это нужно знать? Затем, чтобы уяснить одну вещь: у кобелей из первичных половых клеток получается множество сперматозоидов, а у сук – единичные яйцеклетки, потому что, несмотря на то, что все ооциты имеют шанс стать яйцеклетками, этого не происходит – часть остается недоразвита. Это происходит потому, что яйцеклетка – самая крупная клетка организма. Ей надо много энергии, она занимает много места. Если бы все ооциты становились яйцеклетками, они бы заполонили собой все свободное место – развивающимся эмбрионам просто стало бы тесно. 

И теперь любому станет ясно, что человек, который говорит: «Мой кобель дает много щенков» — просто не знает, о чем говорит. Любой кобель имеет тысячи сперматозоидов и может дать тысячи щенков. А вот сколько яйцеклеток будет у суки, столько и щенков будет зачато. Сколько зародышей выживет в первые три недели беременности, сколько плодов не замрут в развитии в течение следующих периодов беременности – зависит от суки, ее здоровья, условий окружающей среды и генетической способности приносить здоровые, полноценные, многочисленные пометы. Логичнее гордиться тем, что кобель с разными суками дает в каждом помете одного-единственного классного щенка, чем десять, но посредственных. 

Конечно, это не значит, что кобель совсем не при чем. Во-первых, от кобеля зависит пол щенков. А во-вторых, у здорового, молодого кобеля и сперматозоиды активнее, подвижнее. Стало быть, быстрее и точнее «попадают в цель». Главное, чтобы эта цель была.