Перед делением клетки происходит несколько ключевых процессов, которые обеспечивают точность и эффективность митоза или мейоза. Эти процессы можно разделить на несколько стадий, каждая из которых имеет свои специфические этапы и функции. Начнём с описания этапов клеточного цикла, который предшествует делению, а затем подробнее рассмотрим основные механизмы, происходящие в каждой фазе.
1. Клеточный цикл
Клеточный цикл — это последовательность событий, через которые проходит клетка от одного деления до следующего. Он состоит из двух основных фаз: интерфазы и фазы деления (митоза или мейоза). Интерфаза включает три основные фазы:
G1 фаза (период роста 1):
Это первая фаза интерфазы, когда клетка растет и готовится к следующему делению. В это время происходит активный синтез белков и ферментов, необходимых для подготовки к синтезу ДНК. Клетка выполняет свои нормальные функции (например, в печени или мышцах).
В G1 фазы клетка проверяет свою среду и решает, готова ли она к делению. Если условия неблагоприятные, клетка может войти в G0 фазу, где она остаётся в покое, не делясь. В некоторых клетках (например, нервных) эта фаза может быть продолжительной или даже постоянной.
S фаза (синтетическая фаза):
В этой фазе происходит репликация ДНК. Каждая хромосома удваивается, что означает, что после завершения фазы S каждая клетка будет содержать две копии каждого хромосомы (двухсестровые хромосомы).
Репликация ДНК — это очень сложный процесс, включающий развертывание двойной спирали, синтез новых цепей с помощью ДНК-полимеразы и корректировку ошибок с помощью различных репарационных механизмов.
G2 фаза (период роста 2):
В этой фазе клетка продолжает расти, а также готовится к митозу или мейозу. Синтезируются белки, необходимые для разделения хромосом и их дистрибуции в дочерние клетки.
В G2 клетка проверяет, правильно ли реплицирована ДНК, и если есть ошибки, запускаются репарационные механизмы.
2. Контроль клеточного цикла
Процесс клеточного деления строго контролируется различными механизмами, чтобы гарантировать точность репликации и разделения хромосом. За этот контроль отвечают контрольные точки — молекулярные механизмы, которые проверяют правильность выполнения ключевых процессов.
Контрольная точка G1 проверяет, готова ли клетка к делению. Если условий недостаточно или ДНК повреждена, клетка может войти в G0 фазу или активировать механизмы репарации.
Контрольная точка G2 проверяет, завершена ли репликация ДНК без ошибок, и если в ДНК есть повреждения, запускаются механизмы её исправления.
Контрольная точка митоза (M) проверяет, правильно ли расположены хромосомы в метафазной пластинке, чтобы разделение было равномерным.
3. Фаза деления (митоз или мейоз)
Митоз
Митоз — это процесс деления соматической клетки, в результате которого образуются две дочерние клетки с идентичным набором хромосом. Митоз включает несколько фаз:
Профаза: Хромосомы конденсируются, становятся видимыми под микроскопом как компактные структуры. Ядерная оболочка начинает растворяться, а центриоли начинают двигаться к противоположным полюсам клетки, формируя веретено деления.
Метафаза: Хромосомы выстраиваются вдоль экватора клетки (метафазная пластинка). Каждая хромосома соединяется с микротрубочками веретена деления через кинетохор.
Анафаза: Сестринские хроматиды разделяются и двигаются к противоположным полюсам клетки.
Телофаза: Хромосомы начинают расплетаться, образуется новая ядерная оболочка вокруг каждой группы хромосом.
Цитокинез: Это процесс разделения цитоплазмы на две дочерние клетки, каждая из которых теперь имеет свой полный набор хромосом.
Мейоз
Мейоз — это процесс деления, который происходит в половых клетках и включает два деления (мейоз I и мейоз II), приводящих к образованию четырех клеток, каждая из которых имеет половину исходного набора хромосом.
Мейоз I: Хромосомы из каждой пары (гомологичные хромосомы) разделяются в разные клетки.
Мейоз II: Хроматиды каждой хромосомы разделяются, как в митозе, но в результате образуются клетки с половинным набором хромосом.
4. Прекурсоры митоза и мейоза
Перед самим процессом деления происходит важный этап подготовки:
Репликация ДНК в S фазе интерфазы
Синтез необходимых белков для формирования веретена деления и других структур в клетке
Проверка клеточного цикла на наличие ошибок или повреждений в ДНК
Организация хромосом для последующего равномерного распределения
Заключение
Предшествующие делению клетки процессы — это не просто линейная последовательность событий, а сложный механизм, включающий взаимодействие множества белков, ферментов и структур клеток. Эти процессы гарантируют, что клетка делится правильно, что важно для поддержания стабильности генома, развития организма и его нормального функционирования.
