Підручник з Біології і екології. 10 клас. Соболь - Нова програма

Клітини не виникають de novo, а утворюються шляхом репродукції попередніх клітин.

К. Свенсон

§ 56. РЕПРОДУКЦІЯ КЛІТИН

Основні поняття й ключові терміни: РЕПРОДУКЦІЯ КЛІТИН. МІТОЗ. Амітоз.

Пригадайте! Що таке репродукція?

Поміркуйте!

Організм людини, за оцінками науковців, складається зі 100 000 (1014) млрд клітин. І більшість із цієї кількості клітин тіла замінюються новими кожні 7—10 років. Процес оновлення клітин відбувається по-різному в різних частинах тіла, але повне омолодження «з ніг до голови» триває близько 10 років. Завдяки чому відбувається «омолодження» організму людини?

ЗМІСТ

Яке значення репродукції клітин?

Термін «репродукція» є загальнобіологічним поняттям, що характеризує відтворення на різних рівнях. Так, репродукція ДНК відбувається на молекулярному рівні, репродукція вірусів — на субклітинному, репродукція клітин — на клітинному, репродукція організмів — на організмовому.

РЕПРОДУКЦІЯ КЛІТИН — відтворення нових клітин шляхом поділу вихідної клітини. Відтворення клітин — це не просто виникнення двох клітин з однієї, а утворення двох клітин, які містять однакову спадкову інформацію, та ще й подібну до інформації батьківської вихідної клітини (іл. 126). За здатністю до репродукції клітини тваринного організму поділяють на чотири категорії: 1) високоспеціалізовані клітини, що не діляться (нейрони, клітини скелетних м'язів, кардіоміоцити); 2) поновлювані клітини (наприклад, ентероцити — клітини епітелію слизової оболонки кишечнику, що живуть 5—10 днів і оновлюються за допомогою камбіальних клітин); 3) стовбурові клітини (зберігають здатність до поділу протягом всього життя організму і замінюють клітини, які гинуть); 4) клітини, які зазвичай не розмножуються, але за певних умов можуть дедиференціюватися і вступати у мітоз (наприклад, гепатоцити, які набувають здатності до поділу за репаративної регенерації).

З репродукцією клітин пов'язані ріст організмів, фізіологічна й репаративна регенерація, нестатеве розмноження. Завдяки клітинному поділу забезпечується безперервність існування наступних поколінь клітин і цілісних організмів, оскільки індивідуальне життя більшості клітин обмежене порівняно коротким терміном. Репродукція клітин у багатоклітинних організмів різко збільшує їх адаптивні можливості й створює необхідні передумови для індивідуального та історичного розвитку. Основним типами репродукції клітин є мітоз та амітоз.

Отже, репродукція клітин забезпечує безперервність існування наступних поколінь клітин і цілих організмів.

Чим мітоз відрізняється від амітозу?

Репродукція клітин в організмі людини може відбуватися шляхом мітозу (непрямий поділ) і амітозу (прямий поділ).

МІТОЗ (від грец. mitos — нитка) — це поділ еукаріотичних клітин, внаслідок якого утворюються 2 дочірні клітини з таким самим набором хромосом, що й у материнської клітини. Мітоз у клітинному циклі відбувається після інтерфази, під час якої клітина росте, синтезує органічні сполуки, подвоює спадкову інформацію, запасає енергію та готується до мітозу. Мітоз умовно поділяють на 4 фази: профазу, метафазу, анафазу і телофазу (іл. 126).

Іл. 126. Клітинний цикл

Профаза — фаза конденсації хромосом. Основними процесами профази є: 1) конденсація (ущільнення) двохроматидних хромосом; 2) розходження центріолей до полюсів; 3) зникнення ядерця; 4) розпад ядерної оболонки; 5) формування веретена поділу.

Метафаза — фаза розташування хромосом на екваторі клітини. Спостерігається прикріплення коротких ниток веретена поділу до центромер і розташування двохроматидних хромосом на екваторі клітини в один ряд.

Анафаза — фаза розходження хромосом. В анафазі відбуваються скорочення ниток веретена поділу та розходження однохроматидних хромосом до полюсів.

Телофаза — фаза деконденсації хромосом. Це свого роду «профаза навпаки», в якій відбуваються: 1) деконденсація однохроматидних хромосом; 2) розташування центріолей біля ядра; 3) формування ядерець; 4) утворення ядерної оболонки; 5) руйнування веретена поділу.

Іл. 127. Фази мітозу: 1 — профаза; 2 — метафаза; 3 — анафаза; 4 — телофаза

Біологічна роль мітозу полягає в точному відтворенні клітин, забезпеченні рівномірного розподілу хромосом материнської клітини між двома дочірніми клітинами і підтриманні сталості каріотипу. Мітоз є основою росту, регенерації й нестатевого розмноження організмів.

Амітоз — це прямий поділ клітин, що відбувається шляхом поділу ядра, без реплікації ДНК й конденсації хромосом та без утворення веретена поділу. Він властивий високоспеціалізованим клітинам (нейронам, хондроцитам, лейкоцитам крові, клітинам ендотелію кровоносних судин), клітинам пухлин, старіючим клітинам або клітинам, приреченим на загибель (наприклад, клітинам зародкових оболонок ссавців). Амітоз може супроводжуватись поділом клітини з утворенням двох клітин з приблизно однаковою спадковою інформацією, а може обмежуватись поділом ядра без поділу цитоплазми, що приводить до утворення дво- та багатоядерних клітин (іл. 128). Амітоз порівняно з мітозом трапляється рідше і відіграє другорядну роль у клітинному поділі організмів, оскільки клітини після амітозу зберігають функціональну активність, поділятися уже не можуть. Біологічна роль амітозу — це швидке поповнення клітинних популяцій у процесі репаративної регенерації.

Іл. 128. Схема амітозу з утворенням двох клітин (А) і двоядерної клітини (Б)

Отже, мітоз є основним способом репродукції еукаріотичних клітин тіла, що визначає ріст, фізіологічну регенерацію та нестатеве розмноження еукаріотів; амітоз — трапляється рідше й забезпечує репаративну регенерацію.

Які чинники впливають на мітоз?

На мітоз впливають зовнішні й внутрішні, внутрішньоклітинні й позаклітинні чинники. Пусковим чинником для мітотичного поділу клітин є співвідношення об'ємів ядра і цитоплазми. Велику роль відіграє також синтез ДНК і міжклітинні взаємодії.

До важливих зовнішніх чинників регуляції мітозу відносять добові ритми. Так, у тварин, яким притаманний нічний спосіб життя, максимум мітозу припадає на день, а у денних тварин й людини — на ніч. Гамма-промені впливають на мітоз, спричиняючи в клітинах глибокі порушення. Мітотичні хромосоми змінюють форму, розриваються, окремі ділянки хромосом можуть зникати. Рентгенівські промені призводять до тимчасового припинення мітозу, але якщо клітини не загинули від опромінення, то мітотичний поділ поступово відновлюється. Мітоз гальмується високою температурою, високими дозами йонізуючої радіації, дією рослинних отрут (наприклад, алкалоїд колхіцин, що виділений з бульбоцибулин пізньоцвіту осіннього, має здатність пригнічувати утворення мітотичного веретена).

Внутрішніми чинниками регуляції мітозу є впливи системи нейрогуморальної регуляції, зумовлені дією гормонів надниркових залоз, гіпофіза, щитоподібної і статевих залоз. Так, для активації клітинного циклу потрібний прогестерон, що є чинником росту. Мітоз жорстко регулюється як самою клітиною (наприклад, зміною синтезу циклінів й циклін-залежних ферментів), так і її оточенням (наприклад, відсутністю контактів з подібними клітинами або впливом гормонів). Ще одним чинником регуляції є послідовність здійснення стадій мітозу. Крім того, встановлено, що після певної кількості поділів вмикається генетична програма, що не допускає розмноження нащадків цієї клітини.

Отже, на початок, перебіг і завершення мітозу впливають різні зовнішні та внутрішні чинники.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Самостійна робота з таблицею

Розгляньте схему амітозу. Порівняйте цей поділ соматичних клітин із мітозом. Заповніть у робочому зошиті таблицю «Порівняльна характеристика мітозу й амітозу» та сформулюйте висновок про їхню подібність й відмінності.

Ознака

Мітоз

Амітоз

1. Для яких клітин властивий?

2. Поділ ядра

3. Спіралізація й конденсація хромосом

4. Утворення веретена поділу

5. Клітини, утворені з материнської

6. Функціонування клітин

7. Біологічна роль

Розв'язування вправ. Мітоз

Вправа 1. Обчисліть, скільки клітин утвориться внаслідок 8 послідовних мітозів 4 соматичних клітин в організмі людини. Скільки хромосом буде в кожній з них, якщо в материнських клітинах їх міститься по 23 пари?

Вправа 2. В ядрі соматичної клітини на стадії профази мітозу міститься 13,68 • 10-9 мг ДНК. Яка кількість ДНК буде в ядрі соматичної клітини одразу після завершення мітозу?

СТАВЛЕННЯ

Біологія + Відкриття. Регуляція клітинного циклу

Л. Гартвелл, Р. Гант і П. Нерс отримали Нобелівську премію в галузі фізіології і медицини 2001 р. за відкриття ключових регуляторів клітинного циклу. Вони віднайшли ключові молекули — цикліни і циклін—залежні ферменти, що регулюють клітинний цикл в еукаріотів. Яке значення має відкриття регуляторних молекул клітинного циклу?

Л. Гартвелл

Р. Гант

П. Нерс

РЕЗУЛЬТАТ

Оцінка

Завдання для самоконтролю

1—6

1. Що таке репродукція клітин? 2. Назвіть основні типи репродукції клітин. 3. Що таке мітоз? 4. Що таке амітоз? 5. Наведіть приклади зовнішніх чинників регуляції мітозу. 6. Назвіть приклади внутрішніх чинників регуляції мітозу.

7—9

7. Яке значення репродукції клітин? 8. Чим мітоз відрізняється від амітозу? 9. Які чинники впливають на мітоз?

10—12

10. Яке значення має відкриття регуляторних молекул клітинного циклу?