Клетъчен цикъл. клетъчно делене

Този урок ви позволява самостоятелно да изучавате темата "Жизнен цикъл на клетката". На него ще говорим за това какво играе основна роля в клетъчното делене, какво предава генетичната информация от едно поколение на друго. Освен това ще изучавате целия жизнен цикъл на клетката, който също се нарича последователност от събития, протичащи от момента на формирането на клетката до нейното разделяне.

Тема: Размножаване и индивидуално развитие на организмите

Урок: Жизнен цикъл на клетката

Според клетъчната теория новите клетки възникват само чрез деленето на предишни майчини клетки. , които съдържат ДНК молекули, играят важна роля в процесите на клетъчно делене, тъй като осигуряват трансфера на генетична информация от едно поколение на друго.

Затова е много важно дъщерните клетки да получават еднакво количество генетичен материал и е съвсем естествено преди това клетъчно деленеима удвояване на генетичния материал, тоест молекулата на ДНК (фиг. 1).

Какво представлява клетъчният цикъл? Жизнен цикъл на клетката- последователността от събития, настъпващи от момента на образуване на дадена клетка до нейното разделяне на дъщерни клетки. Според друга дефиниция клетъчният цикъл е животът на клетката от момента, в който тя се появява в резултат на деленето на клетката-майка до нейното собствено делене или смърт.

По време на клетъчния цикъл клетката расте и се променя по такъв начин, че да изпълнява успешно функциите си в многоклетъчния организъм. Този процес се нарича диференциация. След това клетката успешно изпълнява функциите си за определен период от време, след което преминава към делене.

Ясно е, че всички клетки на един многоклетъчен организъм не могат да се делят безкрайно, в противен случай всички същества, включително хората, биха били безсмъртни.

Ориз. 1. Фрагмент от ДНК молекула

Това не се случва, защото в ДНК има "гени на смъртта", които се активират при определени условия. Те синтезират определени протеини-ензими, които разрушават структурата на клетката, нейните органели. В резултат на това клетката се свива и умира.

Тази програмирана клетъчна смърт се нарича апоптоза. Но в периода от момента, в който клетката се появи до апоптозата, клетката преминава през много деления.

Клетъчният цикъл се състои от 3 основни етапа:

1. Интерфаза - период на интензивен растеж и биосинтеза на определени вещества.

2. Митоза или кариокинеза (разделяне на ядрото).

3. Цитокинеза (разделяне на цитоплазмата).

Нека характеризираме по-подробно етапите на клетъчния цикъл. Така че първият е интерфазен. Интерфазата е най-дългата фаза, период на интензивен синтез и растеж. Клетката синтезира много вещества, необходими за нейния растеж и изпълнението на всичките й присъщи функции. По време на интерфазата се извършва репликация на ДНК.

Митозата е процес на ядрено делене, при който хроматидите се отделят един от друг и се преразпределят под формата на хромозоми между дъщерните клетки.

Цитокинезата е процесът на разделяне на цитоплазмата между две дъщерни клетки. Обикновено под името митоза, цитологията комбинира етапи 2 и 3, т.е. клетъчно делене (кариокинеза) и разделяне на цитоплазмата (цитокинеза).

Нека характеризираме интерфазата по-подробно (фиг. 2). Интерфазата се състои от 3 периода: G 1, S и G 2. Първият период, пресинтетичен (G 1), е фазата на интензивен клетъчен растеж.

Ориз. 2. Основните етапи от жизнения цикъл на клетката.

Това е мястото, където се извършва синтеза на определени вещества, това е най-дългата фаза, която следва клетъчното делене. В тази фаза се натрупват вещества и енергия, необходими за следващия период, тоест за удвояване на ДНК.

Според съвременните концепции в периода G 1 се синтезират вещества, които инхибират или стимулират следващия период от клетъчния цикъл, а именно синтетичния период.

Синтетичният период (S) обикновено продължава от 6 до 10 часа, за разлика от предсинтетичния период, който може да продължи до няколко дни и включва дублиране на ДНК, както и синтеза на протеини, като хистонови протеини, които могат да образуват хромозоми. До края на синтетичния период всяка хромозома се състои от две хроматиди, свързани помежду си чрез центромера. През този период центриолите се удвояват.

Постсинтетичният период (G 2) настъпва веднага след удвояването на хромозомите. Продължителността му е от 2 до 5 часа.

През същия период се натрупва енергията, необходима за по-нататъшния процес на клетъчно делене, тоест директно за митозата.

През този период се извършва разделянето на митохондриите и хлоропластите и се синтезират протеини, които впоследствие ще образуват микротубули. Микротубулите, както знаете, образуват нишката на вретеното и сега клетката е готова за митоза.

Преди да преминете към описание на методите за клетъчно делене, помислете за процеса на дублиране на ДНК, което води до образуването на две хроматиди. Този процес протича в синтетичния период. Дублирането на една ДНК молекула се нарича репликация или редупликация (фиг. 3).

Ориз. 3. Процесът на репликация (редупликация) на ДНК (синтетичен период на интерфаза). Ензимът хеликаза (зелено) развива двойната спирала на ДНК, а ДНК полимеразите (синьо и оранжево) допълват комплементарните нуклеотиди.

По време на репликацията част от молекулата на майчината ДНК се разплита на две нишки с помощта на специален ензим хеликаза. Освен това, това се постига чрез разкъсване на водородните връзки между комплементарни азотни бази (AT и G-C). Освен това, за всеки нуклеотид от диспергираните ДНК вериги, ензимът ДНК полимераза коригира неговия комплементарен нуклеотид.

Така се образуват две двуверижни ДНК молекули, всяка от които включва една верига от родителската молекула и една нова дъщерна верига. Тези две ДНК молекули са абсолютно идентични.

Невъзможно е да развиете цялата голяма ДНК молекула за репликация едновременно. Следователно репликацията започва в отделни участъци на молекулата на ДНК, образуват се къси фрагменти, които след това се зашиват в дълга нишка с помощта на определени ензими.

Продължителността на клетъчния цикъл зависи от вида на клетката и от външни фактори като температура, наличие на кислород, наличие на хранителни вещества. Например бактериалните клетки се делят на всеки 20 минути при благоприятни условия, чревните епителни клетки на всеки 8-10 часа, а клетките на върховете на корените на лука се делят на всеки 20 часа. А някои клетки на нервната система никога не се делят.

Появата на клетъчната теория

През 17 век английският лекар Робърт Хук (фиг. 4), използвайки самоделен светлинен микроскоп, вижда, че коркът и другите растителни тъкани се състоят от малки клетки, разделени от прегради. Той ги нарече клетки.

Ориз. 4. Робърт Хук

През 1738 г. немският ботаник Матиас Шлейден (фиг. 5) стига до извода, че растителните тъкани са изградени от клетки. Точно една година по-късно зоологът Теодор Шван (фиг. 5) стига до същото заключение, но само по отношение на животинските тъкани.

Ориз. 5. Матиас Шлейден (вляво) Теодор Шван (вдясно)

Той стигна до извода, че животинските тъкани, подобно на растителните, са изградени от клетки и че клетките са в основата на живота. Въз основа на клетъчни данни учените формулираха клетъчна теория.

Ориз. 6. Рудолф Вирхов

След 20 години Рудолф Вирхов (фиг. 6) разширява клетъчната теория и стига до извода, че клетките могат да възникнат от други клетки. Той пише: „Където има клетка, трябва да има предишна клетка, точно както животните идват само от животно, а растенията само от растение ... Всички живи форми, независимо дали са животински или растителни организми, или техни съставни части части, са доминирани от вечния закон на непрекъснатото развитие.

Структурата на хромозомите

Както знаете, хромозомите играят ключова роля в клетъчното делене, тъй като пренасят генетична информация от едно поколение на следващо. Хромозомите са изградени от ДНК молекула, свързана с протеини чрез хистони. Рибозомите също съдържат малко количество РНК.

В делящите се клетки хромозомите са представени под формата на дълги тънки нишки, равномерно разпределени в целия обем на ядрото.

Индивидуалните хромозоми са неразличими, но техният хромозомен материал е оцветен с основни багрила и се нарича хроматин. Преди клетъчното делене хромозомите (фиг. 7) се удебеляват и скъсяват, което им позволява да се видят ясно в светлинен микроскоп.

Ориз. 7. Хромозоми в профаза 1 на мейозата

В разпръснато, т.е. разтегнато състояние, хромозомите участват във всички процеси на биосинтеза или регулират процесите на биосинтеза, а по време на клетъчното делене тази функция е спряна.

При всички форми на клетъчно делене, ДНК на всяка хромозома се репликира, така че да се образуват две идентични, двойни полинуклеотидни ДНК вериги.

Ориз. 8. Структурата на хромозомата

Тези вериги са заобиколени от протеинова обвивка и в началото на клетъчното делене изглеждат като еднакви нишки, разположени една до друга. Всяка нишка се нарича хроматид и е свързана с втората нишка чрез неоцветяваща област, която се нарича центромер (фиг. 8).

Домашна работа

1. Какво представлява клетъчният цикъл? От какви етапи се състои?

2. Какво се случва с клетката по време на интерфазата? Какви са етапите на интерфазата?

3. Какво е репликация? Какво е неговото биологично значение? Кога се случва? Какви вещества са включени в него?

4. Как възниква клетъчната теория? Назовете учените, участвали в неговото формиране.

5. Какво е хромозома? Каква е ролята на хромозомите в клетъчното делене?

1. Техническа и хуманитарна литература ().

2. Единична колекция от цифрови образователни ресурси ().

3. Единична колекция от цифрови образователни ресурси ().

4. Единична колекция от цифрови образователни ресурси ().

Библиография

1. Каменски А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Обща биология 10-11 клас Дропла, 2005 г.

2. Биология. 10 клас. Обща биология. Основно ниво / П. В. Ижевски, О. А. Корнилова, Т. Е. Лощилина и др. - 2-ро изд., преработено. – Вентана-Граф, 2010. – 224стр.

3. Беляев Д. К. Биология 10-11 клас. Обща биология. Базово ниво на. - 11-то изд., стереотип. - М.: Образование, 2012. - 304 с.

4. Биология 11 клас. Обща биология. Профилно ниво / В. Б. Захаров, С. Г. Мамонтов, Н. И. Сонин и др. - 5 изд., стереотип. - Дропла, 2010. - 388 с.

5. Агафонова И. Б., Захарова Е. Т., Сивоглазов В. И. Биология 10-11 клас. Обща биология. Базово ниво на. - 6-то изд., доп. - Дропла, 2010. - 384 с.

Размножаването и развитието на организмите, предаването на наследствената информация и регенерацията се основават на клетъчното делене. Клетката като такава съществува само в интервала от време между деленията.

Периодът на съществуване на клетка от момента, в който тя започне да се образува чрез делене на майчината клетка (т.е. самото делене също е включено в този период) до момента на нейното собствено делене или смърт се нарича жизненоваженили клетъчен цикъл.

Жизненият цикъл на клетката е разделен на няколко фази:

• фаза на делене (тази фаза, когато настъпва митотично делене);
• фаза на растеж (веднага след деленето започва растеж на клетката, тя се увеличава по обем и достига определен размер);
• фаза на почивка (в тази фаза съдбата на клетката в бъдещето все още не е определена: клетката може да започне да се подготвя за делене или да следва пътя на специализация);
• фаза на диференциация (специализация) (идва в края на фазата на растеж - по това време клетката получава определени структурни и функционални характеристики);
• фаза на зрялост (периодът на функциониране на клетката, изпълнението на определени функции в зависимост от специализацията);
• фаза на стареене (период на отслабване на жизнените функции на клетката, който завършва с нейното делене или смърт).

Продължителността на клетъчния цикъл и броят на включените в него фази са различни в клетките. Например клетките на нервната тъкан след края на ембрионалния период спират да се делят и функционират през целия живот на организма и след това умират. Друг пример, ембрионални клетки. На етапа на смачкване, след като са завършили едно разделение, те незабавно преминават към следващото, заобикаляйки в същото време всички останали фази.

Има следните методи за клетъчно делене:

1. митоза или кариокинеза - непряка делба;
2. мейоза или редукционно делене - деление, което е характерно за фазата на узряване на зародишните клетки или образуването на спори във висшите спорови растения.

Митозата е непрекъснат процес, в резултат на който първо се получава удвояване, а след това равномерно разпределение на наследствения материал между дъщерните клетки. В резултат на митозата се появяват две клетки, всяка от които съдържа същия брой хромозоми, както се съдържа в майчината клетка. защото хромозомите на дъщерните клетки са получени от майчините хромозоми чрез прецизна репликация на ДНК, техните гени имат абсолютно същата наследствена информация. Дъщерните клетки са генетично идентични с родителската клетка.
Така по време на митозата се извършва точното предаване на наследствената информация от родителските към дъщерните клетки. Броят на клетките в тялото се увеличава в резултат на митозата, която е един от основните механизми на растеж. Трябва да се помни, че клетките с различни хромозомни набори могат да се разделят чрез митоза - не само диплоидни (соматични клетки на повечето животни), но и хаплоидни (много водорасли, гаметофити на висши растения), триплоидни (ендосперма на покритосеменни) или полиплоидни.

Има много видове растения и животни, които се размножават безполово само с едно митотично клетъчно делене, т.е. Митозата е в основата на безполовото размножаване. Благодарение на митозата се извършва замяната на клетките и регенерацията на загубени части от тялото, което винаги присъства в една или друга степен във всички многоклетъчни организми. Митотичното клетъчно делене протича под пълен генетичен контрол. Митозата е централното събитие на митотичния клетъчен цикъл.

Митотичен цикъл - комплекс от взаимосвързани и хронологично обусловени събития, настъпващи по време на подготовката на клетката за делене и по време на самото делене на клетката. В различните организми продължителността на митотичния цикъл може да варира значително. Най-кратките митотични цикли се откриват при раздробяването на яйцата на някои животни (например при златната рибка първите деления на раздробяване се случват на всеки 20 минути). Най-често срещаната продължителност на митотичните цикли е 18-20 часа. Има и няколкодневни цикли. Дори в различни органи и тъкани на един и същ организъм продължителността на митотичния цикъл може да бъде различна. Например, при мишки клетките на епителната тъкан на дванадесетопръстника се делят на всеки 11 часа, йеюнума - на всеки 19 часа, а в роговицата на окото - на всеки 3 дни.

Кои точно фактори подтикват клетката към митоза не са известни на учените. Има предположение, че ядрено-цитоплазменото съотношение (съотношението на обемите на ядрото и цитоплазмата) играе основна роля тук. Има също доказателства, че умиращите клетки произвеждат вещества, които могат да стимулират деленето на клетките.

Има две основни събития в митотичния цикъл: интерфаза и всъщност разделение .

Новите клетки се образуват в два последователни процеса:

1. митоза, водеща до удвояване на ядрото;
2. цитокинеза - разделяне на цитоплазмата, при което се появяват две дъщерни клетки, всяка от които съдържа по едно дъщерно ядро.

Самото клетъчно делене обикновено отнема 1-3 часа, следователно основната част от живота на клетката протича в интерфазата. Интерфаза Интервалът от време между две клетъчни деления се нарича.Продължителността на интерфазата обикновено е до 90% от целия клетъчен цикъл. Интерфазата се състои от три периода: пресинтетичен или G 1, синтетичен или S, и постсинтетичен или G2.

Пресинтетичен период е най-дългият период на интерфаза, продължителността му е от 10 часа до няколко дни. Веднага след разделянето характеристиките на организацията на интерфазната клетка се възстановяват: образуването на ядрото е завършено, настъпва интензивен синтез на протеини в цитоплазмата, което води до увеличаване на масата на клетките, доставка на прекурсори на ДНК, образуват се ензими, които катализират реакцията на репликация на ДНК и др. Тези. в предсинтетичния период протичат процеси на подготовка за следващия период на интерфазата, синтетичния.

Продължителност синтетичен периодът може да варира: при бактериите е няколко минути, в клетките на бозайниците може да достигне до 6-12 часа. По време на синтетичния период се случва удвояване на ДНК молекулите - основното събитие на интерфазата. В този случай всяка хромозома става двухроматидна и техният брой не се променя. Едновременно с репликацията на ДНК в цитоплазмата протича интензивен процес на синтез на протеини, които изграждат хромозомите.

Въпреки факта, че периодът G 2 се нарича постсинтетичен , процесите на синтез на този етап от интерфазата продължават. Нарича се постсинтетичен само защото започва след края на процеса на синтез на ДНК (репликация). Ако в пресинтетичния период се извършва растеж и подготовка за синтез на ДНК, то в постсинтетичния период клетката се подготвя за делене, което също се характеризира с интензивни процеси на синтез. През този период продължава процесът на синтез на протеини, които изграждат хромозомите; синтезират се енергийни вещества и ензими, които са необходими за осигуряване на процеса на делене на клетките; започва спирализацията на хромозомите, синтезират се протеините, необходими за изграждането на митотичния апарат на клетката (вретеното на делене); има увеличение на масата на цитоплазмата и значително увеличаване на обема на ядрото. В края на постсинтетичния период клетката започва да се дели.

Жизненият цикъл на клетката включва началото на нейното образуване и края на нейното съществуване като самостоятелна единица. Нека започнем с факта, че клетката се появява по време на деленето на майката и завършва своето съществуване поради следващото делене или смърт.

Жизненият цикъл на клетката се състои от интерфаза и митоза. Именно в този период разглежданият период е еквивалентен на клетъчния.

Жизнен цикъл на клетката: интерфаза

Това е периодът между две митотични клетъчни деления. Възпроизвеждането на хромозоми протича подобно на редупликацията (полуконсервативна репликация) на ДНК молекули. В интерфазата клетъчното ядро ​​е заобиколено от специална двумембранна мембрана, а хромозомите са неусукани и са невидими при обикновена светлинна микроскопия.

При оцветяване и фиксиране на клетките се получава натрупване на силно оцветено вещество, хроматин. Струва си да се отбележи, че цитоплазмата съдържа всички необходими органели. Това осигурява пълното съществуване на клетката.

В жизнения цикъл на клетката интерфазата е придружена от три периода. Нека разгледаме всеки от тях по-подробно.

Периоди от жизнения цикъл на клетката (интерфази)

Първият се нарича ресинтетичен. Резултатът от предишна митоза е увеличаване на броя на клетките. Тук протича транскрипцията на новосъздадените РНК (информационни) молекули, а молекулите на останалата РНК се систематизират, протеините се синтезират в ядрото и цитоплазмата. Някои вещества от цитоплазмата постепенно се разграждат с образуването на АТФ, неговите молекули са надарени с макроергични връзки, пренасят енергия там, където не е достатъчно. В този случай клетката се увеличава, по размер достига майката. Този период продължава дълго време за специализираните клетки, през което те изпълняват своите специални функции.

Вторият период е известен като синтетичен(ДНК синтез). Блокирането му може да доведе до спиране на целия цикъл. Това е мястото, където се извършва репликацията на ДНК молекулите, както и синтезът на протеини, които участват в образуването на хромозоми.

ДНК молекулите започват да се свързват с протеинови молекули, в резултат на което хромозомите се удебеляват. В същото време се наблюдава възпроизвеждане на центриоли, в резултат на което се появяват 2 двойки от тях. Новият центриол във всички двойки е разположен спрямо стария под ъгъл 90°. Впоследствие всяка двойка по време на следващата митоза се отдалечава към клетъчните полюси.

Синтетичният период се характеризира както с повишен синтез на ДНК, така и с рязък скок в образуването на РНК молекули, както и на протеини в клетките.

Трети период - постсинтетичен. Характеризира се с наличието на клетъчна подготовка за последващо делене (митотична). Този период трае, като правило, винаги по-малко от другите. Понякога изобщо отпада.

Продължителност на времето за генериране

С други думи, това е продължителността на жизнения цикъл на една клетка. Продължителността на времето за генериране, както и отделните периоди, приемат различни стойности за различните клетки. Това се вижда от таблицата по-долу.

месечен цикъл				Време за генериране	Тип клетъчна популация
пресинтетичен период на интерфаза	синтетичен интерфазен период	постсинтетичен период на интерфаза	митоза
					кожен епител
					дванадесетопръстника
					тънко черво
					чернодробни клетки от 3-седмично животно

И така, най-краткият жизнен цикъл на клетката е в камбиалната. Случва се третият период напълно да отпадне - постсинтетичният. Например, при 3-седмичен плъх в клетките на черния му дроб той намалява до половин час, докато продължителността на времето за генериране е 21,5 часа.Продължителността на синтетичния период е най-стабилна.

В други ситуации, в първия период (пресинтетичен), клетката натрупва свойства за изпълнение на специфични функции, това се дължи на факта, че нейната структура става по-сложна. Ако специализацията не е отишла твърде далеч, тя може да премине през пълния жизнен цикъл на клетката с образуването на 2 нови клетки в митоза. В тази ситуация първият период може да се увеличи значително. Например, в клетките на кожния епител на мишка, времето за генериране, а именно 585,6 часа, се пада на първия период - пресинтетичен, а в клетките на периоста на плъх - 102 часа от 114.

Основната част от това време се нарича G0-период - това е изпълнението на интензивна специфична клетъчна функция. Много чернодробни клетки са в този период, в резултат на което са загубили способността си за митоза.

Ако се отстрани част от черния дроб, повечето от неговите клетки ще продължат да живеят пълноценно, първо от синтетичния, след това от постсинтетичния период и в края на митотичния процес. И така, за различни видове клетъчни популации, обратимостта на такъв G0-период вече е доказана. В други ситуации степента на специализация нараства толкова много, че при типични условия клетките вече не могат да се делят митотично. Понякога в тях възниква ендорепродукция. При някои се повтаря повече от веднъж, хромозомите се удебеляват толкова много, че могат да се видят с обикновен светлинен микроскоп.

Така научихме, че в жизнения цикъл на клетката интерфазата е придружена от три периода: пресинтетичен, синтетичен и постсинтетичен.

клетъчно делене

Той е в основата на възпроизводството, регенерацията, предаването на наследствена информация, развитието. Самата клетка съществува само в междинния период между деленията.

Жизнен цикъл (клетъчно делене) - периодът на съществуване на въпросната единица (започва от момента на появата й чрез деленето на майчината клетка), включително самото делене. Завършва със собственото си разделение или смърт.

Фази на клетъчния цикъл

Те са само шест. Известни са следните фази от жизнения цикъл на клетката:

Продължителността на жизнения цикъл, както и броят на фазите в него, всяка клетка има свой собствен. И така, в нервната тъкан клетките в края на първоначалния ембрионален период спират да се делят, след това функционират само през целия живот на самия организъм и впоследствие умират. Но клетките на ембриона в етапа на раздробяване първо завършват 1 деление и след това веднага, заобикаляйки останалите фази, преминават към следващата.

Методи за клетъчно делене

От само две:

1. Митозае непряко клетъчно делене.
2. Мейоза- това е характерно за такава фаза като узряването на зародишните клетки, деленето.

Сега ще научим повече за това какво представлява жизненият цикъл на клетката - митоза.

Непряко клетъчно делене

Митозата е индиректното делене на соматичните клетки. Това е непрекъснат процес, чийто резултат е първо удвояване, а след това същото разпределение между дъщерните клетки на наследствения материал.

Биологично значение на индиректното клетъчно делене

Той е както следва:

1. Резултатът от митозата е образуването на две клетки, всяка от които съдържа същия брой хромозоми като майката. Техните хромозоми се образуват чрез точна репликация на ДНК на майката, в резултат на което гените на дъщерните клетки съдържат идентична наследствена информация. Те са генетично идентични с родителската клетка. Така че можем да кажем, че митозата осигурява идентичността на предаването на наследствена информация към дъщерните клетки от майката.

2. Резултатът от митозите е определен брой клетки в съответния организъм – това е един от най-важните механизми на растеж.

3. Голям брой животни и растения се размножават именно безполово чрез митотично клетъчно делене, следователно митозата е в основата на вегетативното размножаване.

4. Това е митозата, която осигурява пълното възстановяване на изгубените части, както и заместването на клетките, което протича до известна степен във всички многоклетъчни организми.

Така стана известно, че жизненият цикъл на соматичната клетка се състои от митоза и интерфаза.

Механизъм на митозата

Разделянето на цитоплазмата и ядрото са 2 независими процеса, които протичат непрекъснато, последователно. Но за удобство при изучаване на събитията, настъпващи през периода на разделяне, той е изкуствено разграничен на 4 етапа: про-, мета-, ана-, телофаза. Тяхната продължителност варира в зависимост от вида на тъканта, външните фактори, физиологичното състояние. Най-дългите са първата и последната.

Профаза

Има забележимо увеличение на ядрото. В резултат на спирализацията се получава уплътняване и скъсяване на хромозомите. В по-късната профаза структурата на хромозомите вече е ясно видима: 2 хроматиди, които са свързани с центромер. Започва движението на хромозомите към екватора на клетката.

От цитоплазмения материал в профазата (късна) се образува вретено на делене, което се образува с участието на центриоли (в животински клетки, в редица по-низши растения) или без тях (клетки на някои протозои, висши растения). Впоследствие от центриолите започват да се появяват 2-тип вретеновидни нишки, по-точно:

• опора, която свързва клетъчните полюси;
• хромозомни (дърпащи), които преминават в метафаза към хромозомни центромери.

В края на тази фаза ядрената мембрана изчезва и хромозомите се разполагат свободно в цитоплазмата. Обикновено ядрото изчезва малко по-рано.

метафаза

Началото му е изчезването на ядрената обвивка. Хромозомите първо се подреждат в екваториалната равнина, образувайки метафазната плоча. В този случай хромозомните центромери са строго разположени в екваториалната равнина. Влакната на вретеното се прикрепят към хромозомните центромери и някои от тях преминават от единия полюс към другия, без да бъдат прикрепени.

Анафаза

Началото му е разделянето на центромерите на хромозомите. В резултат на това хроматидите се трансформират в две отделни дъщерни хромозоми. Освен това последните започват да се отклоняват към клетъчните полюси. По това време те обикновено придобиват специална V-образна форма. Това отклонение се осъществява чрез ускоряване на нишките на шпиндела. В същото време опорните нишки са удължени, което води до разстоянието на стълбовете един от друг.

Телофаза

Тук хромозомите се събират в клетъчните полюси, след което се разпръскват. След това делителното вретено се унищожава. Ядрената обвивка на дъщерните клетки се образува около хромозомите. Това завършва кариокинезата, последвана от цитокинеза.

Механизми на навлизане на вируса в клетката

Има само две от тях:

1. Чрез сливане на вирусния суперкапсид и клетъчната мембрана. В резултат на това нуклеокапсидът се освобождава в цитоплазмата. Впоследствие се наблюдава реализация на свойствата на вирусния геном.

2. Чрез пиноцитоза (рецепторно медиирана ендоцитоза). Тук вирусът се свързва на мястото на оградената ямка с рецептори (специфични). Последният се издува в клетката и след това се трансформира в така наречената оградена везикула. Това от своя страна съдържа погълнатия вирион, който се слива с временна междинна везикула, наречена ендозома.

Вътреклетъчна репликация на вируса

След като влезе в клетката, геномът на вируса напълно подчинява живота си на собствените си интереси. Чрез протеин-синтезиращата система на клетката и нейните системи за генериране на енергия, тя олицетворява собственото си възпроизвеждане, жертвайки, като правило, живота на клетката.

Фигурата по-долу показва жизнения цикъл на вируса в клетка гостоприемник (гори Семлики - представител на рода Alphvirus). Геномът му е представен от едноверижна положителна нефрагментирана РНК. Там вирионът е оборудван със суперкапсид, който се състои от липиден двоен слой. През него преминават около 240 копия на редица гликопротеинови комплекси. Жизненият цикъл на вируса започва с неговата абсорбция върху мембраната на клетката гостоприемник, където се свързва с протеинов рецептор. Проникването в клетката се осъществява чрез пиноцитоза.

Заключение

Статията разглежда жизнения цикъл на клетката, описва нейните фази. Описано е подробно за всеки период от интерфазата.

клетъчен цикъл

Клетъчният цикъл е периодът на съществуване на една клетка от момента на образуването й чрез делене на майчината клетка до нейното собствено делене или смърт.Съдържание [покажи]

Продължителност на еукариотния клетъчен цикъл

Продължителността на клетъчния цикъл варира от клетка на клетка. Бързо пролифериращи клетки на възрастни организми, като хематопоетични или базални клетки на епидермиса и тънките черва, могат да влязат в клетъчния цикъл на всеки 12-36 часа.Къси клетъчни цикли (около 30 минути) се наблюдават по време на бързото фрагментиране на яйцата на бодлокожите, земноводни и други животни. При експериментални условия много линии на клетъчни култури имат кратък клетъчен цикъл (около 20 часа). В повечето активно делящи се клетки периодът между митозите е приблизително 10-24 часа.

Фази на еукариотния клетъчен цикъл

Еукариотният клетъчен цикъл се състои от два периода:

Периодът на клетъчен растеж, наречен "интерфаза", по време на който се синтезират ДНК и протеини и се подготвят за клетъчното делене.

Периодът на клетъчно делене, наречен "фаза М" (от думата митоза - митоза).

Интерфазата се състои от няколко периода:

G1-фаза (от английски gap - празнина) или фазата на първоначалния растеж, по време на която се синтезират иРНК, протеини и други клетъчни компоненти;

S-фаза (от английски synthesis - синтетичен), по време на която се репликира ДНК на клетъчното ядро, центриолите също се удвояват (ако ги има, разбира се).

G2-фаза, по време на която има подготовка за митоза.

Диференцираните клетки, които вече не се делят, може да нямат G1 фаза в клетъчния цикъл. Такива клетки са във фаза на покой G0.

Периодът на клетъчно делене (фаза М) включва два етапа:

митоза (разделяне на клетъчното ядро);

цитокинеза (разделяне на цитоплазмата).

От своя страна митозата е разделена на пет етапа, in vivo тези шест етапа образуват динамична последователност.

Описанието на клетъчното делене се основава на данните от светлинна микроскопия в комбинация с микрофилмиране и на резултатите от светлинна и електронна микроскопия на фиксирани и оцветени клетки.

Регулиране на клетъчния цикъл

Естествената последователност на променящите се периоди на клетъчния цикъл се осъществява по време на взаимодействието на такива протеини като циклин-зависими кинази и циклини. Клетките във фазата G0 могат да влязат в клетъчния цикъл, когато са изложени на растежни фактори. Различни растежни фактори, като тромбоцитни, епидермални и нервни растежни фактори, чрез свързване към техните рецептори задействат вътреклетъчна сигнална каскада, което в крайна сметка води до транскрипция на гени за циклини и циклин-зависими кинази. Циклин-зависимите кинази стават активни само когато взаимодействат със съответните циклини. Съдържанието на различни циклини в клетката се променя през целия клетъчен цикъл. Циклинът е регулаторен компонент на комплекса циклин-циклин-зависима киназа. Киназата е каталитичният компонент на този комплекс. Киназите не са активни без циклини. Различни циклини се синтезират на различни етапи от клетъчния цикъл. По този начин съдържанието на циклин В в ооцитите на жаба достига максимум по време на митозата, когато се задейства цялата каскада от реакции на фосфорилиране, катализирана от комплекса циклин В/циклин-зависима киназа. До края на митозата циклинът бързо се разгражда от протеиназите.

Контролни точки на клетъчния цикъл

За да се определи завършването на всяка фаза от клетъчния цикъл, е необходимо в нея да има контролни точки. Ако клетката "премине" контролната точка, тогава тя продължава да се "движи" през клетъчния цикъл. Ако някои обстоятелства, като увреждане на ДНК, попречат на клетката да премине през контролна точка, която може да се сравни с вид контролна точка, тогава клетката спира и не настъпва друга фаза от клетъчния цикъл, поне докато пречките не бъдат премахнати , предотвратявайки преминаването на клетката през КПП. Има най-малко четири контролни точки на клетъчния цикъл: контролна точка в G1, където целостта на ДНК се проверява преди навлизане в S-фаза, контролна точка в S-фаза, където репликацията на ДНК се проверява за правилността на репликацията на ДНК, контролна точка в G2, където се проверяват пропуснатите щети при преминаване на предишни контролни точки или получени в следващите етапи на клетъчния цикъл. Във фазата G2 се открива пълнотата на репликацията на ДНК и клетките, в които ДНК е недостатъчно репликирана, не навлизат в митоза. На контролната точка на монтажа на шпиндела се проверява дали всички кинетохори са прикрепени към микротубулите.

Нарушения на клетъчния цикъл и образуване на тумори

Увеличаването на синтеза на протеина p53 води до индуциране на синтеза на протеина p21, инхибитор на клетъчния цикъл

Нарушаването на нормалната регулация на клетъчния цикъл е причина за повечето солидни тумори. В клетъчния цикъл, както вече беше споменато, преминаването на контролните точки е възможно само ако предишните етапи са завършени нормално и няма повреди. Туморните клетки се характеризират с промени в компонентите на контролните точки на клетъчния цикъл. Когато контролните точки на клетъчния цикъл са инактивирани, се наблюдава дисфункция на някои туморни супресори и протоонкогени, по-специално p53, pRb, Myc и Ras. Протеинът p53 е един от транскрипционните фактори, който инициира синтеза на протеина p21, който е инхибитор на комплекса CDK-циклин, което води до спиране на клетъчния цикъл в G1 и G2 периодите. Така клетка, чиято ДНК е увредена, не навлиза в S фазата. Когато мутациите водят до загуба на гени на протеин p53 или когато се променят, не настъпва блокада на клетъчния цикъл, клетките влизат в митоза, което води до появата на мутантни клетки, повечето от които не са жизнеспособни, докато други пораждат злокачествени клетки .

Циклините са семейство протеини, които са активатори на циклин-зависими протеин кинази (CDK) (CDK - cyclin-dependent kinases) - ключови ензими, участващи в регулацията на еукариотния клетъчен цикъл. Циклините са получили името си поради факта, че тяхната вътреклетъчна концентрация периодично се променя, докато клетките преминават през клетъчния цикъл, достигайки максимум на определени етапи от него.

Каталитичната субединица на циклин-зависимата протеин киназа се активира частично в резултат на взаимодействие с молекулата на циклин, която образува регулаторната субединица на ензима. Образуването на този хетеродимер става възможно, след като циклинът достигне критична концентрация. В отговор на намаляване на концентрацията на циклин, ензимът се инактивира. За пълното активиране на циклин-зависимата протеин киназа трябва да настъпи специфично фосфорилиране и дефосфорилиране на определени аминокиселинни остатъци в полипептидните вериги на този комплекс. Един от ензимите, които осъществяват такива реакции, е CAK киназата (CAK - CDK activating kinase).

Циклин-зависима киназа

Циклин-зависимите кинази (CDKs) са група протеини, регулирани от циклин и циклин-подобни молекули. Повечето CDK участват във фазите на клетъчния цикъл; те също регулират транскрипцията и обработката на иРНК. CDK са серин/треонин кинази, които фосфорилират съответните протеинови остатъци. Известни са няколко CDKs, всеки от които се активира от един или повече циклини и други подобни молекули след достигане на тяхната критична концентрация, и в по-голямата си част CDKs са хомоложни, различаващи се главно в конфигурацията на мястото на свързване на циклин. В отговор на намаляване на вътреклетъчната концентрация на определен циклин настъпва обратимо инактивиране на съответния CDK. Ако CDK се активират от група циклини, всеки от тях, сякаш прехвърля протеин кинази един към друг, поддържа CDK в активирано състояние за дълго време. Такива вълни на активиране на CDK възникват по време на G1 и S фазите на клетъчния цикъл.

Списък на CDK и техните регулатори

CDK1; циклин А, циклин В

CDK2; циклин А, циклин Е

CDK4; циклин D1, циклин D2, циклин D3

CDK5; CDK5R1, CDK5R2

CDK6; циклин D1, циклин D2, циклин D3

CDK7; циклин H

CDK8; циклин С

CDK9; циклин Т1, циклин Т2а, циклин Т2b, циклин К

CDK11 (CDC2L2); циклин Л

Амитозата (или директното клетъчно делене) се среща по-рядко в соматичните еукариотни клетки, отколкото митозата. За първи път е описан от немския биолог Р. Ремак през 1841 г., терминът е предложен от хистолог. У. Флеминг по-късно - през 1882г. В повечето случаи амитозата се наблюдава в клетки с намалена митотична активност: това са стареещи или патологично променени клетки, често обречени на смърт (клетки на ембрионалните мембрани на бозайници, туморни клетки и др.). По време на амитозата интерфазното състояние на ядрото е морфологично запазено, ядрото и ядрената мембрана са ясно видими. Липсва репликация на ДНК. Не се наблюдава спирализиране на хроматина, хромозомите не се откриват. Клетката запазва присъщата си функционална активност, която почти напълно изчезва по време на митозата. По време на амитозата се дели само ядрото и без да се образува вретено на делене, следователно наследственият материал се разпределя произволно. Липсата на цитокинеза води до образуването на двуядрени клетки, които впоследствие не могат да влязат в нормален митотичен цикъл. При повтарящи се амитози могат да се образуват многоядрени клетки.

Тази концепция все още се появява в някои учебници до 80-те години. Понастоящем се смята, че всички явления, приписвани на амитозата, са резултат от неправилна интерпретация на недостатъчно подготвени микроскопски препарати или интерпретация на явления, съпътстващи клетъчното разрушаване или други патологични процеси като клетъчно делене. В същото време някои варианти на еукариотно ядрено делене не могат да се нарекат митоза или мейоза. Такова е, например, разделянето на макронуклеусите на много реснички, където без образуване на вретено се извършва сегрегация на къси фрагменти от хромозоми.

клетъчен цикъл

Клетъчният цикъл се състои от митоза (М-фаза) и интерфаза. В интерфазата последователно се разграничават фазите G 1 , S и G 2 .

ЕТАПИ НА КЛЕТЪЧНИЯ ЦИКЪЛ

Интерфаза

Ж 1 следва телофазата на митозата. По време на тази фаза клетката синтезира РНК и протеини. Продължителността на фазата е от няколко часа до няколко дни.

Ж 2 клетките могат да излязат от цикъла и са във фаза Ж 0 . Във фаза Ж 0 клетките започват да се диференцират.

С. В S фазата протеиновият синтез продължава в клетката, настъпва репликация на ДНК и центриолите се разделят. В повечето клетки S фазата продължава 8-12 часа.

Ж 2 . Във фазата G 2 продължава синтезът на РНК и протеин (например синтезът на тубулин за микротубулите на митотичното вретено). Дъщерните центриоли достигат размера на окончателните органели. Тази фаза продължава 2-4 часа.

МИТОЗА

По време на митоза ядрото (кариокинеза) и цитоплазмата (цитокинеза) се разделят. Фази на митозата: профаза, прометафаза, метафаза, анафаза, телофаза.

Профаза. Всяка хромозома се състои от две сестрински хроматиди, свързани с центромер, ядрото изчезва. Центриолите организират митотичното вретено. Двойка центриоли е част от митотичния център, от който радиално се простират микротубули. Първо, митотичните центрове са разположени близо до ядрената мембрана, след което се разминават и се образува биполярно митотично вретено. Този процес включва полярни микротубули, които взаимодействат помежду си, докато се удължават.

центриол е част от центрозомата (центрозомата съдържа две центриоли и перицентриолен матрикс) и има формата на цилиндър с диаметър 15 nm и дължина 500 nm; стената на цилиндъра се състои от 9 триплета микротубули. В центрозомата центриолите са разположени под прав ъгъл една спрямо друга. По време на S фазата на клетъчния цикъл центриолите се дублират. При митозата двойки центриоли, всяка от които се състои от първоначално и новообразувани, се отклоняват към полюсите на клетката и участват в образуването на митотичното вретено.

прометафаза. Ядрената обвивка се разпада на малки фрагменти. Кинетохорите се появяват в областта на центромера, функционирайки като центрове за организацията на кинетохорните микротубули. Отпътуването на кинетохорите от всяка хромозома в двете посоки и тяхното взаимодействие с полярните микротубули на митотичното вретено е причината за движението на хромозомите.

метафаза. Хромозомите са разположени на екватора на вретеното. Образува се метафазна плоча, в която всяка хромозома се държи от чифт кинетохори и свързани кинетохорни микротубули, насочени към противоположните полюси на митотичното вретено.

Анафаза– сегрегация на дъщерни хромозоми към полюсите на митотичното вретено със скорост 1 µm/min.

Телофаза. Хроматидите се приближават до полюсите, кинетохорните микротубули изчезват, а полюсните продължават да се удължават. Образува се ядрената мембрана, появява се ядрото.

цитокинеза- разделяне на цитоплазмата на две отделни части. Процесът започва в късна анафаза или телофаза. Плазмалемата е изтеглена между двете дъщерни ядра в равнина, перпендикулярна на дългата ос на вретеното. Браздата на делене се задълбочава и между дъщерните клетки остава мост - остатъчното тяло. По-нататъшното разрушаване на тази структура води до пълно разделяне на дъщерните клетки.

Регулатори на клетъчното делене

Клетъчната пролиферация, която възниква чрез митоза, е строго регулирана от различни молекулярни сигнали. Координираната дейност на тези множество регулатори на клетъчния цикъл осигурява както прехода на клетките от фаза към фаза на клетъчния цикъл, така и точното изпълнение на събитията от всяка фаза. Основната причина за появата на пролиферативни неконтролирани клетки е мутацията на гени, кодиращи структурата на регулаторите на клетъчния цикъл. Регулаторите на клетъчния цикъл и митозата се делят на вътреклетъчни и междуклетъчни. Вътреклетъчните молекулярни сигнали са многобройни, сред тях, на първо място, трябва да се споменат собствените регулатори на клетъчния цикъл (циклини, циклин-зависими протеин кинази, техните активатори и инхибитори) и онкосупресорите.

МЕЙОЗА

Мейозата произвежда хаплоидни гамети.

първо делене на мейозата

Първото разделение на мейозата (профаза I, метафаза I, анафаза I и телофаза I) е редукционно.

Профазаазпоследователно преминава през няколко етапа (лептотен, зиготен, пахитен, диплотен, диакинеза).

лептотена -хроматинът кондензира, всяка хромозома се състои от две хроматиди, свързани с центромера.

Zygoten- хомоложни сдвоени хромозоми се приближават и влизат във физически контакт ( синапсис) под формата на синаптонемален комплекс, който осигурява конюгация на хромозоми. На този етап две съседни двойки хромозоми образуват бивалент.

пахитенХромозомите се удебеляват поради спирализация. Отделни участъци от конюгираните хромозоми се пресичат един с друг и образуват хиазми. Това се случва тук пресичане- обмен на места между бащините и майчините хомоложни хромозоми.

Диплотен– разделяне на конюгирани хромозоми във всяка двойка в резултат на надлъжно разделяне на синаптонемния комплекс. Хромозомите се разделят по цялата дължина на комплекса, с изключение на хиазмата. Като част от двувалентните, 4 хроматиди са ясно различими. Такъв двувалент се нарича тетрада. В хроматидите се появяват места за размотаване, където се синтезира РНК.

Диакинеза.Процесите на скъсяване на хромозомите и разделяне на хромозомни двойки продължават. Хиазмите се придвижват към краищата на хромозомите (терминализация). Ядрената мембрана се разрушава, ядрото изчезва. Появява се митотичното вретено.

метафазааз. В метафаза I тетрадите образуват метафазната плоча. Като цяло бащините и майчините хромозоми са произволно разпределени от двете страни на екватора на митотичното вретено. Този модел на разпределение на хромозомите е в основата на втория закон на Мендел, който (заедно с кръстосването) осигурява генетични различия между индивидите.

Анафазаазсе различава от анафазата на митозата по това, че по време на митоза сестринските хроматиди се отклоняват към полюсите. В тази фаза на мейозата непокътнатите хромозоми се придвижват към полюсите.

Телофазаазне се различава от телофазата на митозата. Образуват се ядра с 23 конюгирани (удвоени) хромозоми, възниква цитокинеза и се образуват дъщерни клетки.

Второ делене на мейозата.

Второто разделение на мейозата - еквационалното - протича по същия начин като митозата (профаза II, метафаза II, анафаза II и телофаза), но много по-бързо. Дъщерните клетки получават хаплоиден набор от хромозоми (22 автозоми и една полова хромозома).