Клітини людського організму розмножуються двома способами - амитозе і митозом. Амитоз - простий розподіл, яким клітини розмножуються порівняно мало. При амитозе не утворюються хромосоми, що не подвоюється кількість ДНК, зберігаються оболонки ядра і ядерце. Ядро збільшується без зміни будови і розділяється на два. В результаті утворюється клітина, яка містить два ядра. У деяких випадках розділяється і цитоплазма. Як правило, це відбувається в диференційованих клітинах, наприклад, вегетативних вузлів.
Мітоз. або каріокінез, - інший, найбільш поширений, непрямий складний вид поділу ядер клітин, який забезпечує зростання організму і становить основу його розвитку.
Період між митозами називається інтерфазою; його тривалість 10-20 год. У цей період клітина збільшується до критичного розміру, так як відбувається синтез ДНК, РНК, гістонів та інших білків. В кінці інтерфази синтезуються сполуки, в яких накопичується енергія, необхідна для мітозу. Як правило, синтез РНК і загального білка в ядрі за участю ядерця відбувається не одночасно з синтезом ДНК і гістонів, а до нього. Ці два процеси взаємно виключають одна одну. Роль матриці для синтезу РНК виконує ДНК, не пов'язана з гистонами; ДНК, пов'язана з гистонами, не активна. Синтез РНК відбувається за участю ферменту полімерази, що знаходиться в ядрі. Після завершення синтезу РНК і білків в середині інтерфази починається одночасний синтез ДНК і гістонів. При цьому кількість ДНК збільшується в 2 рази і за своїм складом і будовою відповідає попередньої ДНК.
Синтез ДНК відбувається, коли є: 1) трифосфати чотирьох нуклеотидів, її складових, 2) фермент полімераза, 3) невелика кількість ДНК-затравки, що починає процес, і 4) магній. Для синтезу необхідна енергія, яка звільняється АТФ, синтезирующейся в ядрі в присутності ДНК. Синтез фосфатів чотирьох нуклеотидів відбувається за участю особливих ферментів (кіназ) і регулюється зворотним зв'язком. Фермент полімераза, що бере участь в синтезі ДНК, знаходиться в цитоплазмі. Кількість ДНК в ядрі змінюється в залежності від фізіологічного стану клітини. Одночасно з синтезом ДНК відбувається синтез основних білків ядра. Обсяг ядра збільшується одночасно з синтезом РНК і негістонових білків, а під час синтезу ДНК і гістонів майже не змінюється.
Після інтерфази починається поділ клітини. відбувається мітоз, або каріокінез, - закономірне розподіл ядра клітини, в результаті якого кожна дочірня клітина отримує таку ж кількість хромосом і того ж типу, як і материнська. Під час мітозу синтетичні процеси припиняються, а РНК зникає з цитоплазми. Мітоз відбувається безперервно і схематично ділиться на 4 фази: профазу, метафазу, анафазу і телофазу.
Мал. 15. Схема каріокінез, 1 - спочиваюча клітина; II - профази, щільний материнський клубок; III - пухкий материнський клубок; IV - перехід від профази до метафазі; V - стадія екваторіальної пластинки; VI - стадія материнської зірки; VII, VIIIf IX - анафаза; X - телофаза; XI - дві покояться дочірні клітини
У профазі хромосоми, що мали вигляд переплутав клубка тонких ниток, починають ущільнюватися. Вони стають помітними за розміром і формою і кожна поздовжньо ділиться на дві; в результаті в ядрі виявляються 2 набору хромосом по 46 в кожному. Центриоль на початку профази ділиться на дві, і дочірні центриоли відходять в протилежні сторони клітини. Між ними утворюється веретено, що складається з тонких ахроматинового цитоплазматических ниток, загострене у полюсів, у центриолей, і широке в центрі, біля екватора. Під час формування веретена хромосоми згортаються в спіраль, стають коротшими і товщі. Оболонка ядра і ядерце розчиняються. Профаза триває від 30 до 60 хв.
У метафазі хромосоми розташовуються в площині екватора всередині веретена, утворюючи правильну фігуру (материнська зірка) .Заканчівается спирализация хромосом, що призводить до їх вкорочення в 25 разів. Метафаза триває від 2 до 6 хв.
У анафазе після розташування на екваторі обидва набору дочірніх хромосом відразу починають розходитися до полюсів, що триває 3-15 хв. Скорочення ниток веретена схоже з скороченням білкових ниток м'язів (міофібрил). У нитках веретена є білок, подібний за складом до білка м'язів (актин), і в їх скороченні бере участь АТФ. Швидкість руху хромосом 1 мкм в хвилину.
У телофазе хромосоми зближуються, розташовуються паралельно і стають невидимими. Навколо кожного дочірнього ядра утворюється оболонка, з'являється ядерце і одночасно починає ділитися цитоплазма. У площині екватора з'являється борозна, яка поступово поглиблюється і розділяє дочірні клітини. Телофаза триває 30-60 хв, а весь процес мітозу-1-2 ч.
Іноді при мітозі число хромосом подвоюється без поділу ядра (поліплоїдія).
Мейоз, або редукційний поділ, - два клітинних поділу, в результаті яких у людини сперматозоїд і яйцева клітина до запліднення містять по 23 хромосоми, по одній кожного сорту (гаплоїдний набір хромосом). Обидва мейотіческіх розподілу швидко йдуть один за одним. У них, як і в мітозі, розрізняють 4 фази. Однак в профазі кожна з хромосом подвоюється, а учетверяется: виходить 23 пучка хромосом по 4 хромосоми в кожному пучку (тетради), які в метафазі розташовуються по екватору. В результаті в анафазе у кожного полюса виявляється 23 подвійні хромосоми. Після поділу цитоплазми интерфаза не настає, хромосоми не зникають, а відразу ж центриоли діляться і утворюється нове веретено під прямим кутом до веретену першого поділу; по її екватору розташовується гаплоидное число подвійних хромосом, що відповідає метафазі другого поділу. Тому телофаза першого поділу і профази другого поділу нетривалі.
Подвоєння хромосом більше не відбувається. У телофазе цитоплазма розділяється, хромосоми перетворюються в хроматин, з'являються оболонка ядра і ядерце. Так в сім'яниках і яєчниках утворюються зрілі чоловічі і жіночі статеві клітини, що містять по 23 хромосоми.
Після запліднення подібні чоловічі і жіночі хромосоми з'єднуються попарно (кон'югація), і в результаті в заплідненої яйцевої клітці виявляється 46 хромосом (диплоїдний набір). Надалі відбувається мітоз заплідненої клітини.
Кожна пара з 23 хромосом людини має свої характерні особливості і позначається своїм номером. Найдовші (близько 10 мкм) позначені № 1, а найкоротші (близько 2,5 мкм) -№ 22. Хромосоми кожної пари з'єднані за допомогою центромери.
Мал. 16. Хромосоми жінки (вгорі) і чоловіки (внизу)
22 пари хромосом беруть участь в розвитку ознак і властивостей людини і називаються аутосомами. 23-тя пара хромосом складається зі специфічних статевих хромосом, що визначають стать новонародженого. У жінок ця 23-тя пара складається з двох однакових ікс-хромосом (XX), а чоловіків - з двох різних хромосом: одна з них Х-хромосома, а інша, значно менших розмірів, - ігрек-хромосома (Y). Після мейозу все яйцеві клітини містять Х-хромосому, у чоловіків половина сперматозоїдів містить Х-хромосому, а інша їх половина - Y-хромосому. З яєчної клітини, заплідненої сперматозоїдом з Х-хромосомою, розвивається дівчинка, а з яєчної клітини, заплідненої сперматоізоідом з Y-хромосомою, розвивається хлопчик.