Ciò che è caratteristico della fase sintetica della mitosi. Caratteristiche generali della mitosi. Cambiamenti che si verificano in profase

Ciclo cellulare è il periodo della vita di una cellula da una divisione all’altra. È costituito da periodi di interfase e di divisione. La durata del ciclo cellulare varia nei diversi organismi (per i batteri - 20-30 minuti, per le cellule eucariotiche - 10-80 ore).

Interfase

Interfase (dal lat. Inter- fra, fasi– emergenza) è il periodo che intercorre tra le divisioni cellulari o dalla divisione alla sua morte. Il periodo che va dalla divisione cellulare alla morte è caratteristico delle cellule di un organismo multicellulare che, dopo la divisione, hanno perso la capacità di farlo (eritrociti, cellule nervose, ecc.). L'interfase occupa circa il 90% del ciclo cellulare.

L'interfase comprende:

1) periodo presintetico (G 1) – iniziano i processi intensivi di biosintesi, la cellula cresce e aumenta di dimensioni. È durante questo periodo che le cellule degli organismi multicellulari che hanno perso la capacità di dividersi rimangono fino alla morte;

2) sintetico (S) – DNA e cromosomi raddoppiano (la cellula diventa tetraploide), i centrioli, se presenti, raddoppiano;

3) postsintetico (G 2) – sostanzialmente i processi di sintesi nella cellula si fermano, la cellula si prepara alla divisione.

Avviene la divisione cellulare diretto(amitosi) e indiretto(mitosi, meiosi).

Amitosi

Amitosi – divisione cellulare diretta, in cui non si forma un apparato di divisione. Il nucleo si divide a causa della costrizione anulare. Non esiste una distribuzione uniforme dell’informazione genetica. In natura, i macronuclei (grandi nuclei) dei ciliati e delle cellule placentari nei mammiferi sono divisi dall'amitosi. Le cellule tumorali possono dividersi per amitosi.

La divisione indiretta è associata alla formazione di un apparato di fissione. L'apparato di divisione comprende componenti che assicurano una distribuzione uniforme dei cromosomi tra le cellule (fuso di divisione, centromeri e, se presenti, centrioli). La divisione cellulare può essere divisa in divisione nucleare ( mitosi) e divisione citoplasmatica ( citocinesi). Quest'ultimo inizia verso la fine della fissione nucleare. Le più comuni in natura sono la mitosi e la meiosi. Occasionalmente si verifica endomitosi- fissione indiretta che avviene nel nucleo senza distruzione del suo guscio.

Mitosi

Mitosi è una divisione cellulare indiretta in cui dalla cellula madre si formano due cellule figlie con un identico insieme di informazioni genetiche.

Fasi della mitosi:

1) profase – avviene la compattazione della cromatina (condensazione), i cromatidi si muovono a spirale e si accorciano (diventano visibili al microscopio ottico), i nucleoli e la membrana nucleare scompaiono, si forma un fuso, i suoi fili sono attaccati ai centromeri dei cromosomi, i centrioli si dividono e divergono ai poli della cellula;

2) metafase – i cromosomi sono massimamente spiralizzati e situati lungo l’equatore (nella placca equatoriale), i cromosomi omologhi si trovano nelle vicinanze;

3) anafase – i fili del fuso si contraggono simultaneamente e allungano i cromosomi verso i poli (i cromosomi diventano monocromatici), la fase più breve della mitosi;

4) telofase – si formano la spirale dei cromosomi, i nucleoli e la membrana nucleare, inizia la divisione del citoplasma.

La mitosi è caratteristica principalmente delle cellule somatiche. La mitosi mantiene un numero costante di cromosomi. Aiuta ad aumentare il numero di cellule, quindi si osserva durante la crescita, la rigenerazione e la propagazione vegetativa.

Meiosi

Meiosi (dal greco meiosi- riduzione) è una divisione cellulare a riduzione indiretta, in cui dalla cellula madre si formano quattro cellule figlie, aventi informazioni genetiche non identiche.

Esistono due divisioni: meiosi I e meiosi II. L'interfase I è simile all'interfase prima della mitosi. Nel periodo post-sintetico dell'interfase, i processi di sintesi proteica non si fermano e continuano nella profase della prima divisione.

Meiosi I:

– profase I – i cromosomi si muovono a spirale, il nucleolo e l’involucro nucleare scompaiono, si forma un fuso, i cromosomi omologhi si avvicinano e si uniscono lungo i cromatidi fratelli (come il fulmine in un castello) – avviene coniugazione, formandosi così tetradi, O bivalenti, si forma un crossover cromosomico e le sezioni vengono scambiate - attraversando, allora i cromosomi omologhi si respingono, ma rimangono collegati nelle aree in cui è avvenuto l'incrocio; i processi di sintesi sono completati;

– metafase I – i cromosomi si trovano lungo l’equatore, i cromosomi omologhi – bicromatidi si trovano uno di fronte all’altro su entrambi i lati dell’equatore;

– anafase I – i filamenti del fuso si contraggono e si allungano simultaneamente lungo un cromosoma bicromatoide omologo verso i poli;

– telofase I (se presente) - i cromosomi despirano, si formano un nucleolo e una membrana nucleare, il citoplasma è distribuito (le cellule che si formano sono aploidi).

Interfase II(se presente): la duplicazione del DNA non avviene.

Meiosi II:

– profase II – i cromosomi diventano più densi, il nucleolo e la membrana nucleare scompaiono, si forma un fuso di fissione;

– metafase II – i cromosomi si trovano lungo l’equatore;

– anafase II – i cromosomi, con simultanea contrazione dei fili del fuso, divergono ai poli;

– telofase II – i cromosomi despirano, si formano il nucleolo e la membrana nucleare e il citoplasma si divide.

La meiosi avviene prima della formazione delle cellule germinali. Permette la fusione delle cellule germinali per mantenere costante il numero di cromosomi della specie (cariotipo). Fornisce variabilità combinatoria.

La crescita e lo sviluppo degli organismi viventi sono impossibili senza i processi di divisione cellulare. Uno di questi è la mitosi, il processo di divisione delle cellule eucariotiche in cui le informazioni genetiche vengono trasmesse e archiviate. In questo articolo imparerai di più sulle caratteristiche del ciclo mitotico e conoscerai le caratteristiche di tutte le fasi della mitosi, che saranno incluse nella tabella.

Il concetto di "ciclo mitotico"

Tutti i processi che avvengono in una cellula, a partire da una divisione all'altra e terminando con la produzione di due cellule figlie, sono chiamati ciclo mitotico. Il ciclo vitale di una cellula è anche uno stato di riposo e un periodo in cui svolge le sue funzioni dirette.

Le fasi principali della mitosi includono:

• Autoduplicazione o riduplicazione del codice genetico, che viene trasmesso da una cellula madre a due cellule figlie. Il processo influenza la struttura e la formazione dei cromosomi.
• Ciclo cellulare- consiste di quattro periodi: presintetico, sintetico, postsintetico e, appunto, mitosi.

I primi tre periodi (presintetico, sintetico e postsintetico) si riferiscono all'interfase della mitosi.

Alcuni scienziati chiamano il periodo sintetico e postsintetico la preprofase della mitosi. Poiché tutte le fasi si verificano ininterrottamente, passando agevolmente dall'una all'altra, non esiste una chiara divisione tra loro.

Il processo di divisione cellulare diretta, mitosi, avviene in quattro fasi, corrispondenti alla seguente sequenza:

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• Profase;
• Metafase;
• Anafase;
• Telofase.

Riso. 1. Fasi della mitosi

Puoi trovare una breve descrizione di ciascuna fase nella tabella "Fasi della mitosi", presentata di seguito.

Tabella "Fasi della mitosi"

Il processo di citotomia in una cellula animale avviene utilizzando il solco di scissione e in una cellula vegetale - utilizzando la piastra cellulare.

Forme atipiche di mitosi

Talvolta in natura si trovano forme atipiche di mitosi:

• Amitosi - un metodo di divisione diretta del nucleo, in cui la struttura del nucleo viene preservata, il nucleolo non si disintegra e i cromosomi non sono visibili. Il risultato è una cellula a due nuclei.

Riso. 2. Amitosi

• Politenia - Le cellule del DNA aumentano più volte, ma senza aumentare il contenuto cromosomico.
• Endomitosi - Durante il processo successivo alla replicazione del DNA, non avviene la separazione dei cromosomi in cromatidi figli. In questo caso, il numero di cromosomi aumenta decine di volte, compaiono cellule poliploidi che possono portare alla mutazione.

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Interfaseè il periodo tra due divisioni cellulari. Nell'interfase il nucleo è compatto, non ha una struttura pronunciata e i nucleoli sono chiaramente visibili. La raccolta dei cromosomi interfase è la cromatina. La composizione della cromatina comprende: DNA, proteine ​​e RNA in un rapporto di 1: 1,3: 0,2, nonché ioni inorganici. La struttura della cromatina è variabile e dipende dallo stato della cellula.

I cromosomi non sono visibili nell'interfase, quindi vengono studiati mediante microscopia elettronica e metodi biochimici. L'interfase comprende tre fasi: presintetica (G1), sintetica (S) e postsintetica (G2). Il simbolo G è l'abbreviazione dell'inglese. divario – intervallo; il simbolo S è l'abbreviazione dell'inglese. sintesi - sintesi. Vediamo più nel dettaglio queste fasi.

Stadio presintetico (G1). Ogni cromosoma è basato su una molecola di DNA a doppio filamento. La quantità di DNA in una cellula allo stadio presintetico è indicata dal simbolo 2c (dal contenuto inglese). La cellula cresce attivamente e funziona normalmente.

Stadio sintetico (S). Si verifica l'autoduplicazione, o replicazione del DNA. In questo caso, alcune regioni cromosomiche raddoppiano prima, mentre altre successivamente, cioè la replicazione del DNA procede in modo asincrono. In parallelo, si verifica il raddoppio dei centrioli (se presenti).

Stadio postsintetico (G2). La replicazione del DNA viene completata. Ogni cromosoma contiene due doppie molecole di DNA, che sono una copia esatta della molecola di DNA originale. La quantità di DNA in una cellula allo stadio postsintetico è indicata dal simbolo 4c. Vengono sintetizzate le sostanze necessarie per la divisione cellulare. Alla fine dell'interfase i processi di sintesi si fermano.

Processo di mitosi

Profase– prima fase della mitosi. I cromosomi si sviluppano a spirale e diventano visibili al microscopio ottico sotto forma di fili sottili. I centrioli (se presenti) divergono ai poli della cellula. Al termine della profase i nucleoli scompaiono, la membrana nucleare viene distrutta e i cromosomi vengono rilasciati nel citoplasma.

Nella profase il volume del nucleo aumenta e, a causa della spiralizzazione della cromatina, si formano i cromosomi. Alla fine della profase è chiaro che ciascun cromosoma è costituito da due cromatidi. I nucleoli e la membrana nucleare si dissolvono gradualmente e i cromosomi appaiono posizionati in modo casuale nel citoplasma della cellula. I centrioli divergono verso i poli della cellula. Si forma un fuso di fissione dell'acromatina, alcuni dei cui fili vanno da polo a polo e altri sono attaccati ai centromeri dei cromosomi. Il contenuto di materiale genetico nella cellula rimane invariato (2n2хр).

Riso. 1. Schema della mitosi nelle cellule della radice della cipolla

Riso. 2. Schema della mitosi nelle cellule della radice della cipolla: 1- interfase; 2.3 - profase; 4 - metafase; 5.6 - anafase; 7,8 - telofase; 9 - formazione di due cellule

Riso. 3. Mitosi nelle cellule della punta della radice della cipolla: a - interfase; b - profase; c - metafase; g - anafase; l, e - telofasi precoci e tardive

Metafase. L'inizio di questa fase è chiamato prometafase. Nella prometafase, i cromosomi si trovano nel citoplasma in modo piuttosto casuale. Si forma un apparato mitotico, che comprende un fuso e centrioli o altri centri organizzatori dei microtubuli. In presenza di centrioli, l'apparato mitotico è chiamato astrale (negli animali multicellulari) e in loro assenza - anastal (nelle piante superiori). Il fuso (fuso di acromatina) è un sistema di microtubuli di tubulina in una cellula in divisione che garantisce la divergenza dei cromosomi. Il fuso è costituito da due tipi di filamenti: polare (di sostegno) e cromosomico (di trazione).

Dopo la formazione dell'apparato mitotico, i cromosomi iniziano a spostarsi sul piano equatoriale della cellula; questo movimento dei cromosomi è chiamato metacinesi.

Nella metafase, i cromosomi sono massimamente spiralizzati. I centromeri dei cromosomi si trovano nel piano equatoriale della cellula indipendentemente l'uno dall'altro. I filamenti polari del fuso si estendono dai poli cellulari ai cromosomi, mentre i filamenti cromosomici si estendono dai centromeri (cinetocori) ai poli. L'insieme dei cromosomi nel piano equatoriale della cellula forma la placca metafasica.

Anafase. I cromosomi sono divisi in cromatidi. Da questo momento, ciascun cromatide diventa un cromosoma monocromatico indipendente, basato su una molecola di DNA. I cromosomi monocromatici nei gruppi anafase si disperdono ai poli della cellula. Quando i cromosomi divergono, i microtubuli cromosomici si accorciano e i microtubuli polari si allungano. In questo caso, i fili polari e cromosomici scorrono l'uno sull'altro.

Telofase. Il fuso di fissione viene distrutto. I cromosomi ai poli cellulari despirano e attorno ad essi si formano membrane nucleari. Nella cellula si formano due nuclei, geneticamente identici al nucleo originale. Il contenuto di DNA nei nuclei figli diventa uguale a 2c.

Citocinesi. Nella citocinesi, il citoplasma viene diviso e si formano le membrane delle cellule figlie. Negli animali, la citocinesi avviene mediante legatura cellulare. Nelle piante la citocinesi avviene diversamente: nel piano equatoriale si formano vescicole, che si fondono per formare due membrane parallele.

A questo punto termina la mitosi e inizia la successiva interfase.

La sequenza delle fasi del ciclo mitotico è presentata in Fig. 4.

Riso. 4. Fasi della mitosi

Profase. Nella profase il nucleo si allarga e i filamenti cromosomici, che in questo momento sono già spiralizzati, diventano chiaramente visibili.

Ogni cromosoma, dopo la duplicazione nell'interfase, è costituito da due cromatidi fratelli collegati da un centromero. Al termine della profase, l’involucro nucleare e i nucleoli solitamente scompaiono. A volte il nucleolo scompare nella fase successiva della mitosi. Sui preparati è sempre possibile trovare le profasi precoci e tardive e confrontarle tra loro. I cambiamenti sono chiaramente visibili: il nucleolo e la membrana nucleare scompaiono. I filamenti cromosomici sono più chiaramente visibili nella tarda profase ed è spesso possibile notare che sono duplicati. Nella profase avviene anche la separazione dei centrioli, che formano i due poli della cellula.

Prometafase inizia con la rapida disintegrazione della membrana nucleare in piccoli frammenti, indistinguibili dai frammenti del reticolo endoplasmatico (Fig. 5). Nella prometafase, nei cromosomi su ciascun lato del centromero si formano strutture speciali chiamate cinetocori. Si attaccano a un gruppo speciale di microtubuli chiamati filamenti del cinetocore o microtubuli del cinetocore. Questi filamenti si estendono da entrambi i lati di ciascun cromosoma, corrono in direzioni opposte e interagiscono con i filamenti del fuso bipolare. Allo stesso tempo, i cromosomi iniziano a muoversi intensamente.

Riso. 5. Prometafase (viene costruita la figura della stella madre) in una cellula priva di pigmenti. Colorazione con ematossilina ferrica secondo Heidenhain. Ingrandimento medio

Metafase. Dopo la scomparsa della membrana nucleare, è chiaro che i cromosomi hanno raggiunto la massima spirale, si accorciano e si spostano verso l'equatore della cellula, situata sullo stesso piano. I centrioli situati ai poli cellulari completano la formazione del fuso e i suoi fili si uniscono ai cromosomi nella regione del centromero. I centromeri di tutti i cromosomi si trovano sullo stesso piano equatoriale e i bracci possono essere posizionati più in alto o più in basso. Questa posizione dei cromosomi è comoda per contarli e studiarne la morfologia.

Anafase inizia con la contrazione dei filamenti del fuso, per cui può essere posizionato più in alto o più in basso. Tutto ciò è utile per contare il numero di cromosomi, studiarne la morfologia e dividere i centromeri. Nell'anafase della mitosi, la regione centromerica di ciascuno dei cromosomi bicromatici viene divisa, portando alla separazione dei cromatidi fratelli e alla loro trasformazione in cromosomi indipendenti (il rapporto formale tra il numero di cromosomi e le molecole di DNA è 4n4c).

In questo modo avviene l'esatta distribuzione del materiale genetico e ad ogni polo appare lo stesso numero di cromosomi che aveva la cellula originaria prima che venissero raddoppiati.

Il movimento dei cromatidi verso i poli avviene a causa della contrazione dei fili finali e dell'allungamento dei fili di supporto del fuso mitotico.

Telofase. Dopo il completamento della divergenza cromosomica ai poli della cellula madre, in telofase si formano due cellule figlie, ciascuna delle quali riceve un set completo di cromosomi monocromatici della cellula madre (formula 2n2c per ciascuna delle cellule figlie).

Nella telofase, i cromosomi di ciascun polo subiscono despiralizzazione, cioè un processo opposto a quello che avviene nella profase. I contorni dei cromosomi perdono la loro chiarezza, il fuso mitotico viene distrutto, la membrana nucleare viene ripristinata e compaiono i nucleoli. La separazione dei nuclei cellulari è chiamata cariocinesi (Fig. 6).

Quindi, dal fragmoplasto si forma una parete cellulare, che divide l'intero contenuto del citoplasma in due parti uguali. Questo processo è chiamato citocinesi. Ecco come finisce la mitosi.

Riso. 6. Fasi della mitosi in varie piante

Riso. 7. Distribuzione dei cromosomi omologhi e dei geni in essi contenuti durante il ciclo mitotico in un ipotetico organismo (2n = 2) generazioni e continuità genetica della vita nel caso di riproduzione asessuata degli organismi.

Termini e concetti di base: anafase; cellula figlia; interfase; cellula madre (genitrice); metafase; mitosi (periodo M); ciclo mitotico (cellulare); periodo post-sintetico (G 2); periodo presintetico (G 1); profase; cromatidi fratelli; periodo sintetico (S); telofase; cromatide; cromatina; cromosoma; centromero.

Uno dei processi più importanti nello sviluppo individuale di un organismo vivente è la mitosi. In questo articolo cercheremo di spiegare brevemente e chiaramente quali processi avvengono durante la divisione cellulare e parleremo del significato biologico della mitosi.

Definizione del concetto

Dai libri di testo del 10 ° grado di biologia, sappiamo che la mitosi è la divisione cellulare, a seguito della quale da una cellula madre si formano due cellule figlie con lo stesso set di cromosomi.

Tradotto dal greco antico, il termine “mitosi” significa “filo”. È come un collegamento tra cellule vecchie e nuove in cui è conservato il codice genetico.

Il processo di divisione nel suo complesso inizia dal nucleo e termina nel citoplasma. Si chiama ciclo mitotico, che consiste nella fase di mitosi e di interfase. Come risultato della divisione di una cellula somatica diploide, si formano due cellule figlie. Grazie a questo processo, il numero di cellule dei tessuti aumenta.

Fasi della mitosi

In base alle caratteristiche morfologiche, il processo di divisione si articola nelle seguenti fasi:

• Profase ;

In questa fase, il nucleo si compatta, al suo interno si condensa la cromatina, che si attorciglia a spirale, ei cromosomi sono visibili al microscopio.

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Sotto l'influenza degli enzimi, i nuclei e i loro gusci si dissolvono; i cromosomi durante questo periodo si trovano casualmente nel citoplasma. Successivamente, i centrioli si separano dai poli e si forma un fuso di divisione cellulare, i cui fili sono attaccati ai poli e ai cromosomi.

Questa fase è caratterizzata dal raddoppio del DNA, ma le coppie di cromosomi continuano ad aderire tra loro.

Prima della fase profase, una cellula vegetale ha una fase preparatoria - preprophase. In questa fase si può capire cosa comporta la preparazione della cellula alla mitosi. È caratterizzato dalla formazione di un anello preprofase, fragmosomi e dalla nucleazione di microtubuli attorno al nucleo.

• Prometafase ;

In questa fase, i cromosomi iniziano a muoversi e si spostano verso il polo più vicino.

In molti libri di testo, la preprofase e la prometofase vengono chiamate fase profase.

• Metafase ;

Nella fase iniziale, i cromosomi si trovano nella parte equatoriale del fuso, in modo che la pressione dei poli agisca su di essi in modo uniforme. Durante questa fase, il numero dei microtubuli del fuso cresce e si rinnova costantemente.

I cromosomi sono disposti a coppie in una spirale lungo l'equatore del fuso in un ordine rigoroso. I cromatidi si staccano gradualmente, ma rimangono ancora attaccati ai fili del fuso.

• Anafase ;

In questa fase, i cromatidi si allungano e si spostano gradualmente verso i poli mentre i filamenti del fuso si contraggono. Si formano i cromosomi figli.

Questa è la fase più breve in termini di tempo. I cromatidi fratelli si separano improvvisamente e si spostano verso poli diversi.

• Telofase ;

È l'ultima fase della divisione quando i cromosomi si allungano e vicino a ciascun polo si forma un nuovo involucro nucleare. I fili che costituivano il fuso sono completamente distrutti. In questa fase, il citoplasma si divide.

Il completamento dell'ultima fase coincide con la divisione della cellula madre, chiamata citocinesi. È il passaggio di questo processo che determina quante cellule si formano durante la divisione; possono essercene due o più.

Riso. 1. Fasi della mitosi

Che cosa è mitosi

Il significato biologico del processo di divisione cellulare è innegabile.

• È grazie ad esso che è possibile mantenere un insieme costante di cromosomi.
• La riproduzione di una cellula identica è possibile solo attraverso la mitosi. In questo modo vengono sostituite le cellule della pelle, l'epitelio intestinale e i globuli rossi, il cui ciclo vitale è di soli 4 mesi.
• Copiare e quindi preservare l'informazione genetica.
• Garantire lo sviluppo e la crescita delle cellule, grazie alle quali un organismo multicellulare è formato da uno zigote unicellulare.
• Con l'aiuto di tale divisione, in alcuni organismi viventi è possibile la rigenerazione delle parti del corpo. Ad esempio, i raggi di una stella marina vengono ripristinati.

Riso. 2. Rigenerazione delle stelle marine

• Garantire la riproduzione asessuata. Ad esempio, il germogliamento dell'idra e la propagazione vegetativa delle piante.

Riso. 3. Idra in erba

Cosa abbiamo imparato?

La divisione cellulare è chiamata mitosi. Grazie ad esso, l'informazione genetica della cellula viene copiata e archiviata. Il processo avviene in più fasi: fase preparatoria, profase, metafase, anafase, telofase. Di conseguenza, si formano due cellule figlie che sono completamente simili alla cellula madre originale. In natura l'importanza della mitosi è grande, poiché grazie ad essa sono possibili lo sviluppo e la crescita di organismi unicellulari e multicellulari, la rigenerazione di alcune parti del corpo e la riproduzione asessuata.

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