Клеточное деление
Клеточное деление — процесс образования новых клеток из исходной клетки. В организме человека главным способом деления соматических клеток является митоз: он обеспечивает рост, восстановление и постоянное обновление тканей.
Зачем организму нужно деление клеток
Клетка человека содержит хромосомы, расположенные в ядре клетки. Перед делением клетка растёт и удваивает наследственный материал. Затем он распределяется между двумя дочерними клетками. Поэтому после митоза дочерние клетки обычно имеют такой же набор хромосом, как исходная клетка, и почти одинаковую наследственную информацию.
Клеточное деление — процесс, при котором одна материнская клетка образует две или больше дочерних клеток. Для роста и обновления тела человека особенно важен митоз.
- Рост организма: увеличивается число клеток, а не только их размер.
- Обновление тканей: старые или повреждённые клетки заменяются новыми.
- Заживление: деление клеток помогает восстанавливать повреждённые участки.
- Развитие: из одной оплодотворённой клетки постепенно формируется многоклеточный организм.
Деление происходит не постоянно. В жизненном цикле клетки чередуются периоды роста и подготовки с самим делением. В некоторых тканях клетки делятся часто, например в коже и слизистой оболочке; в других — редко или почти не делятся после завершения развития.
Митоз и его результат
Митоз включает подготовку клетки и несколько последовательных стадий. Перед началом деления удваивается молекула ДНК, поэтому каждая хромосома временно состоит из двух одинаковых сестринских хроматид. Во время деления хроматиды расходятся к противоположным полюсам клетки.
| Стадия | Что происходит |
|---|---|
| Профаза | Хромосомы становятся хорошо видимыми, ядерная оболочка постепенно разрушается. |
| Метафаза | Хромосомы располагаются в центральной части клетки. |
| Анафаза | Сестринские хроматиды расходятся к противоположным полюсам. |
| Телофаза | Формируются два ядра, вокруг наборов хромосом восстанавливаются ядерные оболочки. |
| Цитокинез | Цитоплазма разделяется, образуются две дочерние клетки. |
После митоза образуются две дочерние клетки с одинаковым набором хромосом. Если исходная клетка имела \(2n\) хромосом, то каждая дочерняя клетка также получает \(2n\) хромосом.
У человека в обычных клетках \(2n=46\) хромосом. Поэтому после митоза клетки кожи, мышечной ткани или эпителия обычно получают по 46 хромосом. Важно отличать число хромосом от числа молекул ДНК: перед делением ДНК удваивается, но число хромосом при этом не меняется.
Сколько хромосом будет в каждой дочерней клетке человека после митоза обычной клетки?
Расчёты числа клеток
В задачах часто предполагают, что каждая клетка делится надвое и все дочерние клетки снова делятся. Тогда число клеток увеличивается в два раза после каждого деления. Если деление произошло \(k\) раз, используют степень двойки.
Здесь \(N_0\) — начальное число клеток, \(k\) — число последовательных делений, \(N\) — итоговое число клеток. Если нужно найти число делений, удобно сравнить итоговое число с последовательностью \(2, 4, 8, 16, 32, \ldots\).
Из одной клетки в результате нескольких последовательных митозов образовалось 32 клетки. Сколько делений произошло?
Ответ: произошло 5 последовательных делений. Проверка: \(1\to2\to4\to8\to16\to32\).
Иногда спрашивают, сколько новых клеток образовалось. В этом случае из общего числа нужно вычесть исходные клетки: \(N-N_0\). В примере появилось \(32-1=31\) новых клеток, хотя всего клеток стало 32.
Митоз, рост и обновление тканей
Рост многоклеточного организма связан с увеличением числа и размеров клеток. На ранних этапах развития особенно важны быстрые митотические деления. Позже клетки специализируются: приобретают строение и функции, характерные для определённой ткани.
Обновление тканей происходит благодаря клеткам, которые сохраняют способность к делению. Например, клетки наружного слоя кожи постепенно слущиваются, а новые клетки образуются в более глубоких слоях. В регенерации тканей также участвуют деление клеток, их перемещение и восстановление межклеточного вещества.
Деление должно быть согласовано с потребностями организма. Если повреждение небольшое, число новых клеток постепенно уменьшается после восстановления ткани. Нарушение контроля деления может привести к избыточному росту клеток и образованию опухоли.
1. Нельзя считать, что при каждом митозе одна клетка превращается в одну новую: одна клетка образует две. 2. Удвоение ДНК перед митозом не означает удвоение числа хромосом. 3. Число делений и число новых клеток — разные величины. 4. Формула \(N=N_0\cdot2^k\) применима, если делятся все клетки и каждое деление даёт ровно две клетки.
Сначала определите, что дано: начальное число клеток, итоговое число, число делений или число хромосом. Затем выберите формулу. В конце проверьте результат последовательным удвоением и подпишите единицы или смысл найденного числа.
Как отличать митоз от других процессов
Митоз не следует смешивать с ростом отдельной клетки, делением цитоплазмы или образованием половых клеток. При митозе одна клетка даёт две генетически сходные клетки с сохранением набора хромосом. Образование половых клеток связано с другим типом деления — мейозом, который в этой теме подробно не рассматривается.
| Признак | Митоз |
|---|---|
| Число дочерних клеток | Две |
| Набор хромосом | Сохраняется |
| Генетическое сходство | Дочерние клетки обычно одинаковы между собой и с исходной |
| Значение для человека | Рост, обновление, заживление тканей |
Итоговая проверка
Главное
- Митоз — деление, при котором одна материнская клетка образует две дочерние.
- Перед митозом ДНК удваивается, а число хромосом сохраняется.
- Митоз обеспечивает рост, обновление и восстановление тканей.
- При последовательном делении всех клеток используют формулу \(N=N_0\cdot2^k\).
- В задачах важно различать общее число клеток, число новых клеток и число делений.