Сукупність послідовних і взаємопов'язаних процесів в період підготовки клітини до поділу і в період самого поділу називається мітотичним циклом.
Життя клітини від одного поділу до наступного поділу або до смерті називається клітинним, або життєвим, циклом клітини. У одноклітинних організмів клітинний цикл збігається з життям особини. У безперервно розмножуються тканинних клітинах клітинний цикл збігається з мітотичним циклом і складається з чотирьох періодів: постмітотіческіх (G \), синтетичного (S), премітотіческого (G2) і мітозу (М). Перші три періоди - це интерфаза, яка за тривалістю триває більшу частину мітотичного циклу клітини.
У періоді G, клітина росте, в ній посилено утворюються РНК і білки, в першу чергу ферменти, що каталізують утворення попередників ДНК, ферменти метаболізму РНК і будівельних білків.
В S-періоді відбувається реплікація ДНК. В результаті подвоєння молекул ДНК в кожній хромосомі виявляється вдвічі більше ДНК, ніж було до S-періоду, т. Е. Кількість ДНК в диплоїдних клітинах відповідає тетраплоидной набору. Однак кількість хромосом вважається диплоїдним, тому що утворилися дочірні хромосоми (хроматиди) тісно переплетені між собою і складають єдину хромосому.
У періоді G, завершується підготовка клітини до мітозу, активно синтезуються різні білки, в тому числі і тубулінових, з яких утворюються нитки веретена поділу, іРНК і білки для здійснення G, - періоду після мітозу. Далі настає поділ клітин.
В даний час відомо кілька способів поділу клітини: мітоз, пряме бінарне поділ, амитоз і мейоз.
Мітоз (непрямий поділ) - основний спосіб розподілу еукаріотних клітин. Мітоз - це розподіл клітини, що приводить до утворення двох дочірніх, в кожній з яких є точно такий же (аналогічний) набір хромосом, як і в батьківській. Це процес безперервний, але для зручності вивчення біологи ділять його на чотири стадії в залежності від того, як виглядають в цей час хромосоми в світловому мікроскопі, а саме: профазу, метафазу, анафазу і телофазу.
У профазі відбувається вкорочення і потовщення хромосом внаслідок їх спирализации. В цей час хромосоми подвійні; вони складаються з двох хроматид, пов'язаних між собою в області перетяжки кінетохор. Одночасно з потовщенням хромосом зникає ядерце і фрагментірует- ся ядерна оболонка, хромосоми лежать в цитоплазмі вільно і безладно. Центриоли розходяться до полюсів клітини, починає утворюватися веретено поділу.
У метафазі завершується утворення веретена поділу, яке складається з мікротрубочок двох типів: хромосомних (полюса зв'язуються з центромерами хромосом) і центросомних (тягнуться від полюса до полюса клітини). Хромосоми як би відштовхуються мікротрубочками в область екватора клітини. У цей період чітко видно подвійне будова хромосом, з'єднаних тільки в області центромери, легко підрахувати число хромосом, вивчати їх морфологічна будова.
У анафазе дочірні хромосоми (хроматиди) за допомогою мікротрубочок веретена поділу розходяться і рухаються до полюсів клітини. Під час руху дочірні хромосоми згинаються зразок шпильки, кінці якої повернені в бік екватора. В цей час в клітці знаходяться два диплоїдних набору хромосом.
У телофазе відбуваються процеси, зворотні тим, які спостерігаються в профазі: починається деспіралізація (розкручування) хромосом, вони набухають і стають погано помітними в світловому мікроскопі. Навколо хромосом у кожного полюса з мембранних структур цитоплазми формується ядерна оболонка, в ядрах виникають ядерця, руйнується веретено поділу. На цій стадії відбувається поділ цитоплазми з утворенням двох клітин.
строго однакове розподіл між дочірніми клітинами матеріальних носіїв спадкової інформації - молекул ДНК, що входять до складу хромосом;
завдяки рівномірному розподілу реплікованих хромосом між дочірніми клітинами забезпечується утворення генетично рівноцінних клітин і зберігається наступність у ряді клітинних поколінь, що забезпечує такі важливі моменти життєдіяльності, як ембріональний розвиток і зростання організмів, відновлення органів і тканин після пошкодження;
3) мітотичний поділ є цитологічної основою безстатевого розмноження.
Бактеріальні клітини містять тільки одну кільцеву молекулу ДНК, прикріплену до клітинної мембрани. Перед поділом клітини ДНК реплікується, і утворюються дві ідентичні молекули ДНК, кожна з яких також прикріплюється до клітинної мембрани. При розподілі мембрана вростає між двома молекулами ДНК так, що в кінцевому рахунку в кожній дочірній клітині виявляється по одній ідентичною молекулі ДНК. Такий процес отримав назву простого бінарного розподілу.
Амитоз (прямий поділ) - поділ інтерфазних ядра шляхом перетяжки, при цьому енергетичні витрати досить незначні. При амитозе веретено поділу не утворюється, і хромосоми в світловому мікроскопі невиразні. Такий поділ зустрічається у одноклітинних організмів, у деяких високоспеціалізованих з ослабленою фізіологічної активністю організмів, дегенерують, приречених на загибель клітинах рослин і тварин (злоякісний ріст, запалення), в клітинах печінки, хрящів, рогівки ока людини і тварин.
При амитозе часто спостерігається тільки розподіл ядра: можуть виникнути дво- і багатоядерні клітини. Якщо ж за розподілом ядра слід поділ цитоплазми, то розподіл клітинних компонентів здійснюється довільно.
Мейоз - це особливий спосіб поділу клітин, в результаті якого відбувається редукція (зменшення) числа хромосом удвічі і перехід клітин з диплоїдного стану (2п) в гаплоидное (п). За допомогою мейозу утворюються спори і статеві клітини - гамети. В результаті редукції хромосомного набору в кожну гаплоїдний суперечками і гамет потрапляє по одній хромосомі з кожної пари хромосом, наявних в даній клітині. В ході подальшого процесу запліднення (злиття гамет) організм нового покоління отримає знову диплоїдний набір хромосом, т. Е. Каріотип організмів даного виду в низці поколінь залишається постійним. Таким чином, значення мейозу полягає в забезпеченні сталості каріотипу в ряду поколінь організмів даного виду.
Мейоз включає два наступних один за іншим ділення. Перед початком мейозу кожна хромосома реплікується (подвоюється) в S-пери оді інтерфази. Потім протягом деякого часу дві її утворилися копії залишаються пов'язаними один з одним центромерой. Отже, в ядрі, в якому починається мейоз, міститься еквівалент чотирьох наборів гомологічних хромосом. Тому для того, щоб утворилися ядра гамет, що містять одинарний (гаплоїдний) набір хромосом, необхідні два ядерних ділення. Ці ділення так і називаються - перший розподіл мейозу і другий розподіл мейозу. Друге поділ мейозу слід практично за першим, і синтезу ДНК в проміжку
між ними не відбувається (т. е. між першим і другим поділом відсутня интерфаза).
Перше метотіческое розподіл призводить до утворення з диплоїдних клітин гаплоїдних. Воно починається з профази I, в якій здійснюється спирализация хромосом, зближення гомологічних (парних) хромосом своїми однаковими ділянками - кон'югація. В результаті кон'югації утворюються хромосомні пари - біваленти. Коли хромосоми знаходяться в кон'югованому стані, триває їх подальша спирализация, а окремі хроматиди гомологічних хромосом переплітаються, перехрещуються між собою. Потім гомологічні хромосоми відштовхуються і відходять одна від одної. В результаті в місцях переплетення хроматид може відбуватися їх розрив, а в процесі возз'єднання розривів хроматид гомологічні хромосоми обмінюються відповідними ділянками. В результаті хромосома, яка прийшла до даного організму від батька, включає ділянку материнської хромосоми, і навпаки. Перехрест гомологічниххромосом, що супроводжується обміном відповідними ділянками між їх хроматидами, називається кросинговером. Після кросинговеру розходяться вже змінені хромосоми, т. Е. З іншим поєднанням генів. Біологічне значення кросинговеру полягає в тому, що генетична рекомбінація дозволяє створювати нові, раніше не існували комбінації генів і забезпечувати підвищення виживаності організмів в процесі еволюції.
У метафазі I завершується формування веретена поділу. Його нитки прикріплюються до Центромера хромосом, об'єднаним в біваленти так, що від кожної центромери йде лише одна нитка до одного з полюсів клітини. В результаті нитки, пов'язані з центромерами гомологічниххромосом, встановлюють біваленти в площині екватора веретена поділу.
У анафазе / гомологічні хромосоми розходяться до полюсів клітини. При цьому до кожного полюсу відходить гаплоїдний набір хромосом.
У телофазе I біля полюсів веретена збирається одиночний, гаплоїдний, набір хромосом, в якому кожен вид хромосом представлений вже не парою, а однією хромосомою, що складається з двох хроматид. У цій фазі відновлюється ядерна оболонка, після чого материнська клітина ділиться в профазі I мейозу на дві дочірні.
Таким чином, освіта бівалентов при кон'югації гомологічних хромосом в профазі I мейозу створює умови для подальшої редукції числа хромосом. Формування гаплоидного набору в гаметах забезпечується розбіжністю в анафазе I НЕ хроматид, як митозе, а гомологічниххромосом, які раніше були об'єднані в біваленти.
Друге мейотическое розподіл слід відразу після першого і схоже
з митозом, тільки клітини, що вступають в нього, несуть гаплоїдний набір хромосом. Профаза II нетривала. У метафазі II знову утворюється веретено поділу, хромосоми вишиковуються в екваторіальній площині і центромерами прикріплюються до микротрубочкам веретена поділу. У анафазе II здійснюється поділ їх центромер і кожна хроматида стає самостійною хромосомою. Відокремилися один від одного дочірні хромосоми направляються до полюсів веретена. У тіло-фазі II завершується розбіжність сестринських хромосом до полюсів і наступає ділення клітин: з двох гаплоїдних клітин утворюється чотири гаплоїдні дочірні клітини. В результаті мейозу з однієї диплоїдної клітини утворюються 4 клітини з гаплоїдний набором хромосом.
- редукційний розподіл є регулятором, що перешкоджає безперервного збільшення числа хромосом при злитті гамет; т. е. завдяки мейозу підтримується певний і постійне число хромосом у всіх поколіннях кожного виду рослин, тварин, грибів;
- мейоз забезпечує надзвичайну різноманітність генетичного складу гамет як в результаті кросинговеру, так і в результаті різного поєднання батьківських і материнських хромосом при їх розбіжності в анафазе II мейозу, що забезпечує появу різноманітного і різноякісних потомства при статевому розмноженні організмів.