2.2. Деление клеток

Наряду с тем, что ДНК несет информацию, она имеет способность воспроизводиться, без чего клетки не могли бы передавать информацию от одного поколения к другому.

Рост организма, увеличение числа клеток, их размножение происходит путем деления. Основными способами деления клеток в организме человека являются митоз и мейоз.

Митотическое деление клеток приводит к увеличению числа клеток, к росту организма. Таким способом обеспечивается обновление клеток при их износе или гибели. Митоз осуществляется через 
несколько стадий.

В интерфазе происходит подготовка к митозу, которая заключается главным образом в удвоении (редупликации) ДНК, усиленном синтезе РНК и белков, повышении активности ферментов, участвующих в синтезе ДНК. Две спирали имеющейся в клетке ДНК расходятся, и каждая становится матрицей для синтеза новых цепей ДНК. 
Таким образом, в результате синтеза в клетке формируются дочерние молекулы ДНК, каждая из которых включает одну старую спираль 
и одну новую. В период подготовки, также накапливаются молекулы АТФ, и удваиваются центриоли.

В профазе центриоли попарно расходятся к полюсам, хромосомы спирализуются и вследствие этого утолщаются, становятся видимыми, ядрышко исчезает, синтез РНК прекращается. Между полюсами клетки протягиваются нити веретена деления – формируется аппарат, обеспечивающий расхождение хромосом к полюсам клетки. 
В конце периода ядерная оболочка распадается, и хромосомы оказываются беспорядочно рассеянными в цитоплазме.

В метафазе спирализация хромосом достигает максимума, и они устремляются к экватору клетки, располагаясь на равном расстоянии от полюсов. В каждой хромосоме имеется область первичной перетяжки – центромера, к которой во время митоза присоединяются нить веретена деления и плечи. На стадии метафазы хромосома состоит из двух хроматид, соединенных между собой только в области центромеры.

В анафазе вязкость цитоплазмы уменьшается, центромеры 
разъединяются, и с этого момента хроматиды становятся самостоятельными хромосомами. Нити веретена деления, прикрепленные к центромерам, тянут хромосомы к полюсам клетки.

В телофазе хромосомы раскручиваются, деспирализуются, клетка делится на две меньших размеров, путем образования перетяжки, образуется ядерная оболочка.

Таким образом, в результате митоза обе дочерние клетки получают диплоидный набор хромосом. Митоз тормозится высокой температурой, высокими дозами ионизирующего излучения, действием ядов.

Благодаря митотическому делению дочерние клетки получают набор хромосом, идентичный материнскому.

Мейоз – специальный тип клеточного деления диплоидных 
клеток, в результате которого в клетках исходное число хромосом уменьшается вдвое (из диплоидного становится гаплоидным) и формируются гаметы (яйцеклетки и сперматозоиды). Мужские гаметы созревают в мужских половых железах – семенниках; этот процесс называется сперматогенезом. Женские гаметы созревают в яичниках 
в процессе овогенеза. В половых железах различают: зону размножения, зону роста и зону созревания; в зоне созревания гаметы окончательно формируются путем мейоза.

Мейоз происходит в результате двух последовательных делений родоначальной диплоидной клетки. Каждое деление включает четыре фазы. Все фазы первого мейотического деления обозначают цифрой I, а все фазы второго деления – цифрой II. Перед профазой I в клетках удваивается ДНК и в мейоз клетки вступают с хромосомным набором 2n4с, где n – это количество хромосом, а с – это количество молекул ДНК.

В профазе I хромосомы вначале имеют вид тонких нитей, 
а затем утолщаются. Гомологичные хромосомы попарно объединяются так, что одна от матери и одна от отца располагаются рядом друг 
с другом. Затем хромосомы очень тесно переплетаются, обмениваются своими участками, отделяются друг от друга и каждая новая хромосома содержит несколько генов матери и несколько генов отца. Данный процесс называется кроссинговером (и представляет один из источников генотипической комбинативной изменчивости). Каждая хромосома в результате самоудвоения состоят из двух хроматид (двух 
молекул ДНК) и называется унивалентой, после сближения двух гомологичных хромосом образуются тетрады (биваленты). Как и в профазе митоза, в клетке в этот период формируется веретено деления, центриоли отходят к полюсам, оболочка ядра распадается, а тетрады движутся к центру клетки.

В метафизе I тетрады выстраиваются в плоскости экватора, гомологичные хромосомы в области центромер отходят друг от друга, оставаясь соединенными в области плеч. Нити веретена прикрепляются к центромерам гомологичных хромосом.

Во время анафазы I нити веретена увлекают униваленты к противоположным полюсам. При этом одна из двух гомологичных хромосом случайно оказываемся на одном полюсе, вторая – на другом. Именно в этот период происходит уменьшение вдвое (редукция) числа хромосом и их случайное перераспределение в будущих гаметах. 
В заключительной фазе клетка вступает и телофазу I.

Таким образом, в итоге мейоза образуются две клетки, содержащие лишь по одной из двух гомологичных хромосом, каждая из которых состоит из двух хроматид. Хромосомы в результате кроссинговера обмениваются своими участками и несут, таким образом, перекомбинированный наследственный материал.Телофаза I длится недолго, и клетка переходит в интерфазу (краткую по времени), после которой наступает второе мейотическое деление. Во время интерфазы в отличие от митоза в клетках не происходит синтеза ДНК.

В профазе II по периферии ядра располагаются нитевидные хромосомы – униваленты, образуется веретено деления, хромосомы приближаются к плоскости экватора и клетка вступает в метафазу II. 
В анафазе II хроматиды расходятся и увлекаются нитями веретена от плоскости экватора к противоположным полюсам. Вслед за этим наступает телофаза II, во время которой хромосомы истончаются, образуя нити, и у полюсов формируются ядра дочерних клеток. В итоге из двух клеток мейоза I в телофазе мейоза IIобразуются четыре дочерние зрелые гаметы, каждая из которых несет гаплоидное число хромосом.

Биологическое значение мейоза состоит в том, что:

· образуются хромосомы обновленного генетического состава благодаря кроссинговеру между гомологичными хромосомами;

· достигается наследственная разнородность гамет, так как во время первого мейотического деления из пары гомологичных хромосом в одну из двух гамет отходит материнская хромосома, в другую – отцовская;

· после оплодотворения гаплоидные гаметы (1n1с) от отца и матери создают диплоидное ядро зиготы с числом хромосом, присушим данному виду.

Взаимный обмен генетического материала в процессе мейоза объясняет, почему дети не полностью похожи на родителей и почему 
каждый человек, кроме однояйцовых близнецов, имеет уникальный генетический состав.

Процессы сперматогенеза и овогенеза, в принципе сходны, но между ними имеются и различия. В результате сперматогенеза образуется четыре сперматозоида, а овогенез завершается образованием 
одной яйцеклетки. Это обусловлено тем, что при первом и втором делениях созревания яйцеклетки не делятся пополам, а отделяют маленькие направительные, или редукционные тельца, которые несут полноценные хромосомные наборы, но практически лишены цитоплазмы и вскоре погибают. Биологический смысл образования телец заключается в необходимости сохранения в цитоплазме яйцеклетки максимального количества желтка, необходимого для развития будущего зародыша.