Как делятся клетки

Перед делением клетка человека копирует все свои 46 хромосом, чтобы каждая новая клетка получила полный набор.

Одна клетка, две клетки

Ссадина на коленке заживает, потому что клетки рядом с раной делятся и заполняют промежуток. Клеточная теория утверждает, что каждая клетка происходит от клетки, и в этом уроке показано, как это происходит. Клеточный цикл представляет собой упорядоченную последовательность событий, в ходе которой клетка растёт, копирует свою ДНК и делится на две генетически одинаковые дочерние клетки. В нём две основные фазы: интерфаза и митотическая фаза.

Интерфаза: подготовка

Большую часть жизни клетка проводит в интерфазе, которая состоит из трёх периодов. В периоде G1, первом промежутке, клетка под микроскопом выглядит спокойной, но на самом деле активно накапливает вещества и энергию. В периоде S (от слова «синтез») она копирует каждую хромосому. Каждая копия остаётся соединённой с оригиналом в точке, которая называется центромерой; две копии называют сестринскими хроматидами. В животных клетках копируется и клеточный центр. В периоде G2, втором промежутке, клетка восполняет запасы энергии, производит белки, нужные для перемещения хромосом, и завершает подготовку.

Не каждая клетка продолжает делиться. Некоторые выходят из цикла и находятся в состоянии покоя, которое называется периодом G0. Одни остаются там только до тех пор, пока не улучшатся условия или не придёт сигнал. Другие, например зрелые клетки сердечной мышцы и нервные клетки, остаются в G0 навсегда и делятся редко или не делятся вовсе.

Митоз в пять этапов

Митотическая фаза начинается с митоза, деления ядра. Биологи выделяют пять стадий, хотя клетка проходит их как один непрерывный процесс. В профазе хромосомы спирализуются и становятся видимыми, ядерная оболочка начинает распадаться, ядрышко исчезает, а две центросомы расходятся к противоположным концам клетки, и между ними растут нити веретена деления. В прометафазе нити веретена прикрепляются к каждой хромосоме в белковом участке, который называется кинетохором. В метафазе все хромосомы выстраиваются поперёк середины клетки. В анафазе сестринские хроматиды, каждая из которых теперь стала отдельной хромосомой, растаскиваются к противоположным полюсам, и клетка вытягивается. В телофазе хромосомы достигают полюсов и деспирализуются, а вокруг каждого набора образуется новая ядерная оболочка.

Деление цитоплазмы

Цитокинез разделяет остальную часть клетки. В животной клетке кольцо из актиновых нитей прямо под мембраной стягивается вокруг середины, как шнурок. Оно образует углубление, которое называется бороздой деления; борозда углубляется, пока клетка не перешнуруется надвое. Растительная клетка перешнуроваться не может, потому что у неё жёсткая стенка. Вместо этого в середине собираются пузырьки из аппарата Гольджи, сливаются в структуру, которая называется клеточной пластинкой, и разрастаются к краям, пока новая стенка не разделит две дочерние клетки. Если ядро делится, а цитоплазма нет, получается клетка с несколькими ядрами.

Помогает подсчёт. В клетке тела человека 46 хромосом. После периода S хромосом по-прежнему 46, но каждая состоит из двух сестринских хроматид, то есть хроматид 92. В анафазе эти 92 хроматиды расходятся, по 46 к каждому полюсу, и каждая дочерняя клетка в итоге получает 46 хромосом, как и материнская. С 1879 года Вальтер Флемминг окрашивал делящиеся клетки и видел, как хромосомы расщепляются вдоль, а в своей книге 1882 года назвал весь этот процесс митозом.