Интерфаза, митоза и цитокинеза

Процесите, които протичат по време на интерфазата (G1, S и G2), са много важни за успешното завършване на митозата. По време на G1 клетките преминават през по-голямата част от техния растеж. По време на фаза S всяка хромозома от генома се реплицира, при което се образуват две сестрински хроматиди, които са свързани една към друга чрез центромер. По време на G2 фазата хромозомите се компактизират повече.
Центромерът е точка на свиване на хромозомата, съдържаща определена повторена ДНК последователност, която се свързва с определени специфични протеини. Тези протеини правят структура приличаща на диск, наречена кинетохор. Този диск функционира като място за свързване на микротубулите, необходими за разделянето на хромозомите по време на клетъчното делене.

След S фазата сестринските хроматиди си споделят един центромер, но на молекулно ниво ДНК от частта на центромерата вече се е реплицирала, тоест има две пълни ДНК молекули. Функционално двете хроматиди имат един центромер, към който са свързани една за друга чрез кохезионни белтъци. По време на интерфазата клетката расте. Фазите G1 и G2 са периоди на активен растеж, през който се синтезират протеини и се продуцират клетъчни органели. ДНК на клетката се удвоява по време на S фазата. След като се удвоят хромозомите, те са напълно опънати и неспирализирани, въпреки че са свързани с кохезионни белтъци. Във фаза G2 хромозомите започват да се кондензират и да се спирализират повече. Специални моторни белтъци са включени в бързата финална кондензация на хромозомите. По време на G2 фазата също така клетката започва да създава структурата, която ще й е нужна по-късно, за да се разделят хромозомите в двата полюса на клетката. В животинските клетки двойката центрове, които организират микротубулите (по една за всеки полюс), се наричат центриоли. Всички еукариотни клетки синтезират тубулин, протеинът, от който се образуват микротубулите.

Процесът митоза е един от най-драматичните и красиви биологични процеси, които биха могли да се наблюдават в клетките. Митозата се състои от 5 фази/стъпки: профаза, прометафаза, метафаза, анафаза и телофаза, през които се разделя удвоения генетичен материал. Митозата е последвана от цитокинеза, през която клетката се разделя на две дъщерни клетки.

По време на профазата се образува митотичният апарат.
Когато хромозомната кондензация, започнала по време на G2, стигне до точка, в която всяка индивидуална кондензирана хромозома стане видима със светлинен миркоскоп, първата фаза от мистозата, профазата, започва. Процесът на кондензация продължава по време на цялата профаза. По време на профазата се образува делителното вретено, чрез което по-късно ще се разделят хромозомите. При животинските клетки двете центриоли, които са се образували по време на G2 фазата, започват да се разделечават рано в профазата, формирайки помежду си ос/мост от микротубули (нишки на делителното вретено). В растителните клетки, същият мост от микротубулни фибрили/нишки образува двата полюса на клетката, въпреки че няма центриоли. По време на образуването на делителното вретено, се разгражда обвивката на ядрото и ядърцето ичезва -  едноплазматичният ретикулуп абсорбира компонентите. В тази точка, фибрите/нишките на микротубулите се опъват напълно по дължина на клетката към двата полюса. Ориентацията им определя равнината, в която клетката ще се раздели напълно.

Преминаването от профаза към прометафаза се осъществява от разграждането на ядрената обвивка. По време на прометафазата кондензираните хромозоми се свързват с делителното вретено чрез кинетохори. Всяка хромозома има по две кинетохори, по една за всяка хроматида в региона на центромера. С продължаването на прометафазата, втора група от миркотубули се образува от двата полюса на клетката към центромерите. Тези микротубули се свързват с кинетохорите към всяка една от двете хроматиди от хромозомата. Това биполярно свръзване е критичен процес от митозата, всяка една грешка в позиционирането на микротубулите, може да доведе до катастрофа.

По време на метафазата хромозомите се ориентират в екваториалната зона на делителното вретено. Разположението на хромозомите в центъра на клетката е сигнал за третата фаза от митозата, метафазата. Когато се погледне със светлинен микроскоп, хромозомите се виждат наредени в кръг по средата (представете си екватора на Земята). Клетката вече е готова за разделяне на сестринските хроматиди, така че всяка дъщерна клетка по натам да приеме пълния набор от хромозоми. Тази фаза от митозата е транзитно състояние, по време на което всичко се проверява преди разделянето да настъпи. При тази фаза се изучава кариотипа и се правят кариограми на организмите.

По време на анафазата се разделят хроматидите.
Анафазата е най-краката фаза от всички в митозата и най-интересна за наблюдаване. По време на тази фаза центромерите се разделят, при което двете хроматиди от една хромозома се ориентират към двата полюса (едната хроматида към единия полюс, а другата към другия ). То се случва поради спонтанното премахване на кохезийните протеини, които свързват двете хроматиди заедно. По време на този процес се осъществяват две форми на движение, които са спомнтанни, всяка форма е задвижвана от миркотубулите - разделят се условно анафаза А и анафаза В. По време на анафаза А кинетохорите, за които за свързвани хроматидите се насочват към полюсите. При анафаза В полюсите се разделечават и хроматидите се отдалечават също, еластичната мембрана, която обвива клетката, видимо се удължава. Когато сестринските хроматиди са напълно и успешно разделени, най-важната част от митозата е изпълнена.

По време на телофазата ядрото се образува наново
Делителното времето за разпада, микротубулите също се разпадат на тубулинови мономери, които могат да бъдат използвани за изграждане на цитоскелета на дъщерните клетки. Образува се ядрена обвивка около хроматидите във всяка клетка (те вече са хромозоми). След известно време хромозомите се декондензират (разтеглят се), което позволява експресия на гените.

В животинските клетки и в клетките на всички други еукариоти, които нямат клетъчна стена, цитогинезата (разделянето на клетката на две) се осъществява от актинови филаменти, при което клетката се прищъпва и диаметърът й намалява. Образува се разделяща бразда в клетката.

В растителните клетки, клетъчна пластина разделя клетката на две дъщерни клетки. Клетъчните стени на растителните клетки са много по-твърди, за да бъдаат разделени чрез актинови филаменти. Тези клетки образуват мембранен компонент от вътрешната страна - клетъчна пластина (фрагмопласт). Тя продължава да расте докато не стигне до повърхността на плазмената мембрана, при което клетката се разделя на две.

 

Автор: Албена Иванова