13.2: Мітоз

Last updated
Save as PDF

Page ID: 7873

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Цілі навчання

До кінця цього уроку ви зможете:

Порівняйте диплоїдні та гаплоїдні та визначте, які клітини рослини є якими.
Зрозумійте, чому клітини піддаються мітозу.
Поясніть, як хромосоми готуються до поділу клітин в S-фазі інтерфази.
Розпізнайте, що відбувається з хромосомами, клітинною стінкою, клітинною мембраною та ядерною мембраною на кожній стадії мітозу.

фази мітозу — Фази мітозу. Бумфрейр. CC BY-SA 3.0

Плойди

Попередній урок був зосереджений на рибозо-фосфатній кістці ДНК, на пуринових і піримідинових основах, а також на тому, як комплекси ДНК з білком і котушками утворюють хроматин. Тут ми детальніше розглянемо фазу синтезу (S) інтерфази та фазу мітозу (M). Нагадаємо, що мітозная фаза клітинного циклу «пиріг» ділиться на чотири стадії; ми розглянемо зараз, що відбувається на кожній з цих стадій і як це сприяє результату мітозу, рівному поділу хромосом на дві дочірні клітини.

Плоїдія відноситься до кількості наборів гомологічних (однакових) хромосом в клітці.

У вищих організмах, таких як рослини (і тварини, включаючи людей), клітини гамети (яйцеклітини та сперми) зазвичай містять один набір кожної з хромосом, знайдених у цього конкретного виду. Коли клітини містять один набір хромосом, характерний для виду, такий стан називається гаплоїдним і скорочено n.
Коли сперматозоїд і яйцеклітина, кожна з яких є n, об'єднуються, утворюючи зиготу, клітина зиготи тепер має два набори хромосом, один із сперматозоїдів батьків самця і один з яйцеклітини батька жінки. Коли клітини містять два набори хромосом, вони описуються як диплоїдні, скорочено 2n.
Нагадаємо, що одним результатом подвійного запліднення у рослин є те, що одна сперматозоїд об'єднується з двома жіночими полярними тілами для створення ендосперму, знайденого в насінні. Клітини ендосперму мають три набори хромосом, два з полярних ядер жіночої статі (n + n) і один від сперматозоїдів батьків-чоловіків (n), тому ця тканина триплоїдна, скорочено 3n.

Більшість клітин квітучих рослин, які ми вивчали досі, як клітини, що складають епідерміс, кору та судинні тканини (але не клітини сперми та яйцеклітини), називаються соматичними клітинами, і є диплоїдними (2n). Кожна клітина несе в собі два набори хромосом: один від батька-самця і один від батька жіночої статі.

Кожен вид рослини має характерну кількість хромосом в своїх соматичних клітині. У бура дуба 24. Садова петунія налічує 14. Зелена квасоля має 22. Половина цих хромосом прийшла з яйцеклітини, а половина - зі сперматозоїда, тому рослина має два набори хромосом. У бобі 22 хромосоми можуть бути пронумеровані від 1 до 11 виходячи з їх морфології (хромосоми мають різну довжину). Нумерація йде тільки до 11, хоча є 22 хромосоми, тому що кожна диплоїдна клітина має дві копії хромосоми 1, дві копії хромосоми 2 і так далі.

хромосоми перебудовуються на три пари гомологів — Ілюстрація доктора Метта Кларка, Університет Міннесоти

На ілюстрації вище показано це для ядра гіпотетичної соматичної клітини рослини, що містить 6 хромосом. З лівого боку хромосоми перебудовуються на три пари гомологів. Відповідні хромосоми з двох різних наборів (наприклад, двох копій хромосоми 1) називаються гомологічними хромосомами або гомологами. Гомологи несуть в одному і тому ж місці на хромосомі генетичну інформацію, яка впливає на ту ж характеристику або функцію. Версія інформації може бути різною між гомологічними хромосомами — тобто послідовність пар основ може дещо відрізнятися, оскільки один гомолог походить від самки, а інший від самця.

Гомологи виглядають однаково і несуть генетичну інформацію про певні функції клітин в однакових місцях хромосоми (показано за допомогою темних смуг у певних місцях хромосоми), але точні послідовності базових пар у цих місцях можуть відрізнятися, що призводить до різних алелів та функцій генів. Батьківські комбінації показані праворуч, і є гаплоїдним внеском, який виник внаслідок мейозу. Зниження статевих клітин на 50% гарантує, що потомство має належне число диплоїдної хромосоми та відповідні гомологи, які є повним компліментом геному рослин.

Клітина верхівкової меристеми рослини, яка готується до поділу, є соматичною клітиною, тому вона диплоїдна і містить два набори хромосом. Коли він піддається мітозу, результатом будуть дві однакові диплоїдні сестринські клітини. Кожна з цих сестринських клітин також буде диплоїдною, і буде містити точні копії двох наборів хромосом, які були в вихідній клітині. «Дочкові» і «сестринські» клітини відносяться до одного і того ж — нових клітин, які виникають в результаті мітозу.

З нашого дослідження меристем ви знаєте, що зростання є результатом утворення нових клітин, і подальшого подовження цих клітин. Мітоз - це процес, в результаті якого утворюються нові клітини. Клітини піддаються мітозу, тому в рамках росту рослин.

Переглянути питання

Соматичні клітини бобів мають 22 хромосоми. Скільки хромосом в сперматозоїді бобу?
Кукурудзяні яйцеклітини мають 10 хромосом. Скільки хромосом міститься в клітині ендосперму насіння кукурудзи?
Чому клітини піддаються мітозу? Це важливо?

Синтез

Результат S фази. Крістін Міллер. CC BY-SA 4.0

Якщо клітина, яка піддається мітозу, ділиться на дві клітини, як обидві ці нові клітини можуть бути ідентичними один одному і вихідній клітині? Чи не будуть хромосоми в вихідній батьківській клітині розділені навпіл під час поділу? Чи не будуть отримані клітини гаплоїдними замість диплоїдних? Ні. Кількість хромосом не зменшується під час ділення мітотичних клітин, оскільки до поділу кожна з хромосом реплікується (дублює), а це означає, що клітина робить точну копію кожної хромосоми. Цей процес реплікації відбувається під час фази синтезу (S) клітинного циклу.

Пам'ятайте, що фази G1, S і G2 клітинного циклу в сукупності називаються міжфазними. Більшість клітин заводу займаються своїм бізнесом у фазі G1. Тільки ті клітини, які покликані розділити, роблять наступний крок, який полягає у реплікації своїх хромосом у фазі S. Як тільки хромосоми реплікуються, клітина переходить в фазу міжфази G2 і чекає мітозу. Фаза S називається синтезом, оскільки створення копії хромосоми вимагає нового виробництва ДНК або синтезу.

Дві хромосоми, які є точними копіями, називаються сестринськими хроматидами і залишаються з'єднаними в одній точці уздовж їх довжини; це пляма називається центроміром, як показано на ілюстрації.

Переглянути питання

Якщо диплоїдна клітина входить в S-фазу з 2n=20 хромосомами, скільки сестринських хроматидів знаходиться в клітині, коли вона потрапляє в G2?
Чи репліковані сестринські хроматиди незалежні чи вони пов'язані якимось фізичним способом?

стадії мітозу

Це відео дає уявлення про плинність мітозу в клітині, де 2N = 8 хромосом, 4 пари = 4 батьківських+ 4 материнських.

Нижче наведена ілюстрація та відповідна мікрофотографія для кожного етапу мітозу, що показує гіпотетичну рослинну клітину, де 2n = 4 (два набори хромосом, дві хромосоми на набір).

стадії мітозу — Стадії мітозу. © Вектормін | Dreamstime.com. Використовується з дозволу.

Мікрофотографії нижче - це клітини верхівки коренів цибулі (Allium cepa). Цибуля має 2n=16 хромосом. Кожна з клітин має два набори хромосом, де кожен набір складається з восьми хромосом. Мікрофотографії є реальними прикладами наведених вище ілюстрацій.

Мікрофотографія стадій мітозу кінчика кореня цибулі — Стадії мітозу у кінчика кореня цибулі. Меліса Ха. CC BY-НЦ-СА 2.0

Міжфазні

На лівій рамці ілюстрації зображені міжфазні клітини. Глибоко червоні забарвлені структури в центрі мікрофотографії цибулинної клітини є хромосомами. Вони згортаються разом всередині ядерної мембрани. Нагадаємо, що під час інтерфази хромосоми розслабляються, а не сильно конденсуються (тобто не широко згортаються або згорнуті), а під час S-фази інтерфази кожна хромосома реплікується. Має сенс, що хромосоми розслаблені, тому що вони не можуть пройти процес реплікації, якщо вони щільно згорнуті, і тому, що хромосоми потрібно згортати лише так, щоб вони могли витримати рух і не зламатися. Вони не рухаються, просто тиражуються, тому перебувати в розслабленому стані ідеально. Дві однакові копії називаються сестринськими хроматидами, і вони тримаються разом на місці, званому центромером. Зверніть увагу, що сестринські хроматиди - це не те саме, що гомологи. Гомологи - це відповідні хромосоми, одна вноситься через сперматозоїд, інша - через яйцеклітину. Сестринські хроматиди - це хромосоми, які реплікувалися, ідентичні один одному і тримаються разом у центромерів. Ви не можете розрізнити окремі хромосоми на малюнку, оскільки вони розслаблені, а не щільно згорнуті та складені, що робить їх настільки тонкими, що їх важко побачити.

Профаза

Профаза - це перша стадія фази М. У профазі хроматин починає котуватися і конденсуватися, утворюючи хромосоми. Вони згортаються, тому що готуються до пересування. Ви можете почати помічати, що кожна хромосома, здається, має дві нитки (сестринські хроматиди) і що ці сестринські хроматиди прикріплені один до одного на центромере. У профазі ядерна мембрана зникає, а хромосоми поширюються, щоб заповнити більшу частину клітини. Під час цієї фази починає з'являтися шпиндельний апарат. Шпинделі - це мікротрубочки, пов'язані з рухом хромосом під час поділу.

Метафаза

У метастадії веретено росте і утворює прикріплення до пар сестринських хроматидів у центромеру, який з'єднує сестринські хроматиди. Ця точка кріплення називається кінетохором. Сестринські хроматиди переміщаються на уявну екваторіальну пластину (звану метафазної пластинкою), яка утворюється уздовж середньої лінії клітини між полюсами. Сестринські хроматиди перебувають у своєму найбільш конденсованому стані при метафазі.

Анафаза

Сестринські хроматиди починають розшаровуватися в анафазі. Коли сестринські хроматиди відокремлюються, центромери діляться так, що одна сестринська хроматид мігрує на один полюс, а інша мігрує в протилежний полюс. Хроматиди, які утворилися ще в S-фазі інтерфази, коли хромосома реплікована, тепер відокремлюються, а шпиндельні волокна скорочуються. Коли сестринські хроматиди відокремилися, ми можемо повернутися до виклику їх хромосомами. Анафаза - це стадія, коли хромосоми, що несуть код ДНК, поділяються точно так, що кожна з одержуваних клітин має точно такі ж хромосоми, які були в материнській клітині до поділу. До кожної дочірньої клітини доставляється один повний диплоїдний комплемент хромосом (два комплекти).

Телофаза

У телофазі ядерна мембрана утворюється навколо хромосом у кожній з дочірніх клітин, між цими клітинами утворюється клітинна пластинка, і клітинні стінки відокремлюють новоутворені клітини в процесі, який називається цитокінезом. Хромосоми деконденсируют і знову стають розслабленим хроматином. Телофаза - остання стадія M фази. Після телофази і цитокінезу клітини повертаються до G1 інтерфази.

Переглянути питання

Коли сестринські хроматиди відокремлюються один від одного?
Чи реплікуються хромосоми під час мітозу або під час інтерфази?
Чому хромосоми знаходяться в найбільш конденсованому стані під час метафази і зберігають цей конденсований стан через міграцію хроматидів в анафазі?

Рецензія

Нагадаємо, що результатом мітозу є дві клітини з ДНК, ідентичною такій у вихідній клітині. Існує три ключі до розуміння того, як утворюються дві клітини з однієї, обидві з тією ж ДНК, що і вихідна клітина:

ДНК повністю реплікується під час S-стадії інтерфази. Ця реплікація призводить до удвічі більшої кількості сестринських хроматидів, ніж хромосом, і як тільки ці сестринські хроматиди відокремлюються і рівномірно розподіляються між двома новими сестринськими клітинами, обидві сестринські клітини мають диплоїдне число хромосом, як і вихідна клітина до поділу.
У міру того, як клітина готується до поділу, ДНК конденсується. Ця упаковка допомагає утримувати дуже тонкі спіралі ДНК від розриву, і утримує ДНК, організовану в щільний пакет, щоб клітина могла відстежувати її та переміщати її.
Процес дуже організований. Наприклад, сестринські хроматиди шикуються в середині клітини в метафазі, розщеплюються в центромері, і половина хроматидів йде на одну сторону клітини, половина на іншу. Це впорядковане поділ сестринських хроматидів гарантує, що потрібну кількість хромосом упаковується в кожну з нових сестринських клітин.

Є багато сайтів в Інтернеті, які ілюструють мітоз, але особливо актуальними тут є ті, які показують мікрофотографії рослинних клітин. Ви можете виявити, що є деякі подробиці про веретенах та їх очевидному місці походження, які відрізняються між описами мітозу в клітині тварин та рослин; не все в Інтернеті стосується рослин. Будь-яка згадка про структуру під назвою «центриоль» стосується мітозу клітин тварин, а не рослин (оскільки рослини не мають центриолей).

Джон Х. Wahlert і Мері Джин Холланд, з коледжу Барух, автором цього сайту, що показує стадії мітозу в цибулі. (Ви можете ігнорувати стадії мітозу сига в другій половині ділянки, якщо вас не цікавлять відмінності між мітозом рослин і тварин.)