Ćelijski ciklus. ćelijska dioba

Ova lekcija vam omogućava da samostalno proučavate temu "Životni ciklus ćelije". Na njemu ćemo govoriti o tome šta igra glavnu ulogu u diobi ćelija, šta prenosi genetske informacije s jedne generacije na drugu. Proučavat ćete i cijeli životni ciklus ćelije, koji se naziva i slijed događaja koji se odvijaju od trenutka formiranja ćelije do njene diobe.

Tema: Razmnožavanje i individualni razvoj organizama

Lekcija: Životni ciklus ćelije

Prema ćelijskoj teoriji, nove ćelije nastaju samo diobom prethodnih matičnih ćelija. , koji sadrže DNK molekule, igraju važnu ulogu u procesima diobe stanica, jer osiguravaju prijenos genetskih informacija s jedne generacije na drugu.

Zbog toga je veoma važno da ćelije kćeri dobiju istu količinu genetskog materijala, a sasvim je prirodno da i ranije ćelijska dioba dolazi do udvostručavanja genetskog materijala, odnosno molekula DNK (slika 1).

Šta je ćelijski ciklus? Životni ciklus ćelije- slijed događaja koji se odvijaju od trenutka formiranja date ćelije do njene podjele na ćelije kćeri. Prema drugoj definiciji, ćelijski ciklus je život ćelije od trenutka kada se pojavi kao rezultat podjele matične ćelije do njene vlastite diobe ili smrti.

U toku ćelijskog ciklusa, ćelija raste i menja se tako da uspešno obavlja svoje funkcije u višećelijskom organizmu. Ovaj proces se zove diferencijacija. Tada ćelija uspješno obavlja svoje funkcije određeno vrijeme, nakon čega prelazi na diobu.

Jasno je da se sve stanice višećelijskog organizma ne mogu dijeliti beskonačno, inače bi sva bića, uključujući i ljude, bila besmrtna.

Rice. 1. Fragment molekule DNK

To se ne dešava, jer u DNK postoje "geni smrti" koji se aktiviraju pod određenim uslovima. Oni sintetiziraju određene proteine-enzime koji uništavaju strukturu ćelije, njene organele. Kao rezultat, ćelija se smanjuje i umire.

Ova programirana ćelijska smrt naziva se apoptoza. Ali u periodu od trenutka kada se ćelija pojavi do apoptoze, ćelija prolazi kroz mnoge deobe.

Ćelijski ciklus se sastoji od 3 glavne faze:

1. Interfaza - period intenzivnog rasta i biosinteze određenih supstanci.

2. Mitoza, ili kariokineza (fisija jezgra).

3. Citokineza (podjela citoplazme).

Hajdemo detaljnije okarakterizirati faze ćelijskog ciklusa. Dakle, prva je međufazna. Interfaza je najduža faza, period intenzivne sinteze i rasta. Ćelija sintetizira mnoge tvari potrebne za njen rast i provedbu svih svojih inherentnih funkcija. Tokom interfaze dolazi do replikacije DNK.

Mitoza je proces nuklearne diobe, u kojem se hromatide odvajaju jedna od druge i redistribuiraju u obliku kromosoma između stanica kćeri.

Citokineza je proces podjele citoplazme između dvije kćeri ćelije. Obično pod nazivom mitoza, citologija kombinuje faze 2 i 3, odnosno deobu ćelija (kariokineza) i deobu citoplazme (citokineza).

Hajde da detaljnije okarakterišemo međufazu (slika 2). Interfaza se sastoji od 3 perioda: G 1, S i G 2. Prvi period, presintetički (G 1), je faza intenzivnog rasta ćelija.

Rice. 2. Glavne faze životnog ciklusa ćelije.

Tu se odvija sinteza određenih supstanci, to je najduža faza koja prati diobu ćelije. U ovoj fazi dolazi do akumulacije supstanci i energije neophodnih za naredni period, odnosno za udvostručenje DNK.

Prema modernim konceptima, u G 1 periodu sintetišu se supstance koje inhibiraju ili stimulišu sledeći period ćelijskog ciklusa, odnosno sintetički period.

Sintetički period (S) obično traje 6 do 10 sati, za razliku od predsintetskog perioda, koji može trajati i do nekoliko dana i uključuje duplikaciju DNK, kao i sintezu proteina, poput histonskih proteina, koji mogu formirati hromozoma. Do kraja sintetičkog perioda, svaki hromozom se sastoji od dvije hromatide povezane jedna s drugom centromerom. Tokom ovog perioda centriole se udvostručuju.

Postsintetski period (G 2) nastupa odmah nakon udvostručavanja hromozoma. Traje od 2 do 5 sati.

U istom periodu se akumulira energija neophodna za dalji proces diobe ćelije, odnosno direktno za mitozu.

U tom periodu dolazi do podjele mitohondrija i hloroplasta, te se sintetiziraju proteini koji će naknadno formirati mikrotubule. Mikrotubule, kao što znate, formiraju nit vretena i sada je ćelija spremna za mitozu.

Prije nego što pređete na opis metoda diobe stanica, razmotrite proces umnožavanja DNK, koji dovodi do stvaranja dvije kromatide. Ovaj proces se odvija u sintetičkom periodu. Duplikacija molekula DNK naziva se replikacija ili reduplikacija (slika 3).

Rice. 3. Proces replikacije DNK (reduplikacija) (sintetički period interfaze). Enzim helikaza (zeleni) odmotava dvostruku spiralu DNK, a DNK polimeraze (plava i narandžasta) dovršavaju komplementarne nukleotide.

Tokom replikacije, dio molekule DNK majke se raspleće u dva lanca uz pomoć posebnog enzima, helikaze. Štaviše, to se postiže razbijanjem vodoničnih veza između komplementarnih azotnih baza (A-T i G-C). Nadalje, za svaki nukleotid dispergovanih lanaca DNK, enzim DNK polimeraze prilagođava svoj komplementarni nukleotid.

Tako se formiraju dva dvolančana molekula DNK, od kojih svaki uključuje jedan lanac roditeljskog molekula i jedan novi lanac kćeri. Ova dva molekula DNK su apsolutno identična.

Nemoguće je odmotati cijeli veliki DNK molekul za replikaciju u isto vrijeme. Stoga replikacija počinje u odvojenim dijelovima molekule DNK, formiraju se kratki fragmenti, koji se zatim ušivaju u dugu nit pomoću određenih enzima.

Trajanje ćelijskog ciklusa zavisi od vrste ćelije i od spoljašnjih faktora kao što su temperatura, prisustvo kiseonika, prisustvo hranljivih materija. Na primjer, bakterijske ćelije se dijele svakih 20 minuta pod povoljnim uvjetima, crijevne epitelne stanice svakih 8-10 sati, a stanice na vrhovima korijena luka dijele se svakih 20 sati. A neke ćelije nervnog sistema se nikada ne dele.

Pojava ćelijske teorije

U 17. veku, engleski lekar Robert Hooke (slika 4), koristeći svetlosni mikroskop domaće izrade, video je da se pluta i druga biljna tkiva sastoje od malih ćelija odvojenih pregradama. Nazvao ih je ćelijama.

Rice. 4. Robert Hooke

Godine 1738. njemački botaničar Matthias Schleiden (slika 5) došao je do zaključka da se biljna tkiva sastoje od ćelija. Tačno godinu dana kasnije, zoolog Theodor Schwann (slika 5) došao je do istog zaključka, ali samo u pogledu životinjskih tkiva.

Rice. 5. Matthias Schleiden (lijevo) Theodor Schwann (desno)

Zaključio je da se životinjska tkiva, kao i biljna, sastoje od ćelija i da su ćelije osnova života. Na osnovu ćelijskih podataka, naučnici su formulisali ćelijsku teoriju.

Rice. 6. Rudolf Virchow

Nakon 20 godina, Rudolf Virchow (slika 6) proširio je ćelijsku teoriju i došao do zaključka da ćelije mogu nastati iz drugih ćelija. On je napisao: „Gdje postoji ćelija, mora postojati i prethodna ćelija, kao što životinje dolaze samo od životinje, a biljke samo od biljke... Svi živi oblici, bilo da su životinjski ili biljni organizmi, ili njihovi sastavni dijelovi dijelovima, dominira vječni zakon kontinuiranog razvoja.

Struktura hromozoma

Kao što znate, hromozomi igraju ključnu ulogu u diobi ćelija jer prenose genetske informacije s jedne generacije na drugu. Hromozomi se sastoje od molekula DNK vezanih za proteine ​​histonima. Ribosomi takođe sadrže malu količinu RNK.

U ćelijama koje se dijele, hromozomi su predstavljeni u obliku dugih tankih niti, ravnomjerno raspoređenih po cijelom volumenu jezgra.

Pojedinačni hromozomi se ne razlikuju, ali je njihov materijal hromozoma obojen osnovnim bojama i naziva se hromatin. Prije diobe ćelije, hromozomi (slika 7) se debljaju i skraćuju, što im omogućava da se jasno vide u svetlosnom mikroskopu.

Rice. 7. Hromozomi u profazi 1 mejoze

U dispergovanom, odnosno rastegnutom stanju, hromozomi učestvuju u svim procesima biosinteze ili regulišu procese biosinteze, a tokom deobe ćelije ta funkcija je suspendovana.

U svim oblicima diobe stanica, DNK svakog hromozoma se replicira tako da se formiraju dva identična, dvostruka polinukleotidna DNK lanca.

Rice. 8. Struktura hromozoma

Ovi lanci su okruženi proteinskim omotačem i na početku ćelijske diobe izgledaju kao identične niti koje leže jedna do druge. Svaka nit se naziva hromatida i povezana je sa drugom niti preko područja bez bojenja, koje se naziva centromera (slika 8).

Zadaća

1. Šta je ćelijski ciklus? Od kojih se faza sastoji?

2. Šta se dešava sa ćelijom tokom interfaze? Koje su faze interfaze?

3. Šta je replikacija? Koji je njen biološki značaj? kada se to desi? Koje supstance su uključene u to?

4. Kako je nastala ćelijska teorija? Navedite naučnike koji su učestvovali u njegovom formiranju.

5. Šta je hromozom? Koja je uloga hromozoma u deobi ćelija?

1. Tehnička i humanitarna literatura ().

2. Jedinstvena zbirka digitalnih obrazovnih resursa ().

3. Jedinstvena zbirka digitalnih obrazovnih resursa ().

4. Jedinstvena zbirka digitalnih obrazovnih resursa ().

Bibliografija

1. Kamensky A. A., Kriksunov E. A., Pasechnik V. V. Opća biologija 10-11 razred Drfa, 2005.

2. Biologija. 10. razred. Opća biologija. Osnovni nivo / P. V. Izhevsky, O. A. Kornilova, T. E. Loshchilina i drugi - 2. izd., revidirano. - Ventana-Graf, 2010. - 224 str.

3. Belyaev D.K. Biologija 10-11 razred. Opća biologija. Osnovni nivo. - 11. izd., stereotip. - M.: Obrazovanje, 2012. - 304 str.

4. 11. razred iz biologije. Opća biologija. Nivo profila / V. B. Zakharov, S. G. Mamontov, N. I. Sonin i drugi - 5. izd., stereotip. - Drfa, 2010. - 388 str.

5. Agafonova I. B., Zakharova E. T., Sivoglazov V. I. Biologija 10-11 razred. Opća biologija. Osnovni nivo. - 6. izd., dop. - Drfa, 2010. - 384 str.

Reprodukcija i razvoj organizama, prijenos nasljednih informacija i regeneracija zasnivaju se na diobi stanica. Ćelija kao takva postoji samo u vremenskom intervalu između podjela.

Period postojanja ćelije od trenutka kada počinje da se formira deljenjem matične ćelije (tj. i sama deoba je takođe uključena u ovaj period) do trenutka njene sopstvene deobe ili smrti naziva se vitalni ili ćelijski ciklus.

Životni ciklus ćelije je podeljen u nekoliko faza:

• faza fisije (ova faza kada dolazi do mitotičke diobe);
• faza rasta (odmah nakon diobe počinje rast ćelije, povećava se u volumenu i dostiže određenu veličinu);
• faza mirovanja (u ovoj fazi, sudbina ćelije u budućnosti još nije određena: ćelija može da počne da se priprema za deobu, ili da ide putem specijalizacije);
• faza diferencijacije (specijalizacije) (dolazi na kraju faze rasta - u ovom trenutku ćelija dobija određene strukturne i funkcionalne karakteristike);
• faza zrelosti (period funkcionisanja ćelije, obavljanje određenih funkcija, zavisno od specijalizacije);
• faza starenja (period slabljenja vitalnih funkcija ćelije, koji se završava njenom deobom ili smrću).

Trajanje ćelijskog ciklusa i broj faza uključenih u njega različiti su u ćelijama. Na primjer, ćelije nervnog tkiva nakon završetka embrionalnog perioda prestaju da se dele i funkcionišu tokom celog života organizma, a zatim umiru. Drugi primjer, embrionalne ćelije. U fazi drobljenja, nakon što su završili jednu podjelu, odmah prelaze na sljedeću, zaobilazeći, istovremeno, sve ostale faze.

Postoje sljedeće metode diobe ćelija:

1. mitoza ili kariokineza - indirektna podjela;
2. mejoza ili redukcijska podjela - dioba, koja je karakteristična za fazu sazrijevanja zametnih stanica ili formiranje spora u višim sporastim biljkama.

Mitoza je kontinuirani proces, kao rezultat kojeg prvo dolazi do udvostručavanja, a zatim do ravnomjerne raspodjele nasljednog materijala između stanica kćeri. Kao rezultat mitoze nastaju dvije stanice, svaka od njih sadrži isti broj kromosoma kao što je sadržano u matičnoj stanici. Jer hromozomi ćelija kćeri su izvedeni iz majčinih hromozoma preciznom replikacijom DNK, njihovi geni imaju potpuno iste nasledne informacije. Ćerke ćelije su genetski identične matičnoj ćeliji.
Dakle, tokom mitoze, dolazi do tačnog prenosa naslednih informacija sa roditeljskih ćelija na ćelije kćeri. Broj ćelija u tijelu se povećava kao rezultat mitoze, koja je jedan od glavnih mehanizama rasta. Treba imati na umu da se stanice s različitim kromosomskim skupovima mogu dijeliti mitozom - ne samo diploidne (somatske stanice većine životinja), već i haploidne (mnoge alge, gametofiti viših biljaka), triploidne (endosperm kritosjemenjača) ili poliploidne.

Postoje mnoge vrste biljaka i životinja koje se razmnožavaju aseksualno samo jednom mitotskom diobom ćelije, tj. Mitoza je osnova aseksualne reprodukcije. Zahvaljujući mitozi dolazi do zamjene ćelija i regeneracije izgubljenih dijelova tijela, što je u ovoj ili onoj mjeri uvijek prisutno kod svih višećelijskih organizama. Mitotička dioba ćelija odvija se pod potpunom genetskom kontrolom. Mitoza je centralni događaj mitotskog ćelijskog ciklusa.

Mitotički ciklus - kompleks međusobno povezanih i hronološki determinisanih događaja koji se dešavaju tokom pripreme ćelije za deobu i tokom same deobe ćelije. U različitim organizmima, trajanje mitotičkog ciklusa može značajno varirati. Najkraći mitotički ciklusi nalaze se u drobljenju jaja nekih životinja (na primjer, kod zlatne ribice, prve podjele drobljenja se dešavaju svakih 20 minuta). Najčešće trajanje mitotičkih ciklusa je 18-20 sati. Postoje i ciklusi koji traju nekoliko dana. Čak iu različitim organima i tkivima istog organizma, trajanje mitotskog ciklusa može biti različito. Na primjer, kod miševa se ćelije epitelnog tkiva duodenuma dijele svakih 11 sati, jejunuma - svakih 19 sati, a u rožnici oka - svaka 3 dana.

Koji tačno faktori podstiču ćeliju na mitozu naučnicima nije poznato. Postoji pretpostavka da tu glavnu ulogu igra nuklearno-citoplazmatski omjer (omjer volumena jezgra i citoplazme). Također postoje dokazi da umiruće stanice proizvode tvari koje mogu stimulirati diobu stanica.

Postoje dva glavna događaja u mitotičkom ciklusu: međufaza i zapravo divizije .

Nove ćelije nastaju u dva uzastopna procesa:

1. mitoza koja dovodi do udvostručavanja jezgra;
2. citokineza - podjela citoplazme, u kojoj se pojavljuju dvije kćeri ćelije, od kojih svaka sadrži po jedno jezgro kćeri.

Sama podjela ćelije obično traje 1-3 sata, pa se glavni dio života ćelije odvija u interfazi. Interfaza Vremenski interval između dvije ćelijske diobe se naziva. Trajanje interfaze obično je do 90% cjelokupnog ćelijskog ciklusa. Interfaza se sastoji od tri perioda: presintetički ili G 1 , sintetički ili S, i postsintetički ili G2.

Presintetički period je najduži period međufaze, traje od 10 sati do nekoliko dana. Odmah nakon podjele, obnavljaju se značajke organizacije interfazne ćelije: dovršava se formiranje nukleola, dolazi do intenzivne sinteze proteina u citoplazmi, što dovodi do povećanja mase ćelija, opskrbe DNK prekursora, nastaju enzimi koji katalizuju reakciju replikacije DNK itd. One. u predsintetičkom periodu odvijaju se procesi pripreme za naredni period interfaze, sintetički.

Trajanje sintetički period može varirati: kod bakterija je nekoliko minuta, u ćelijama sisara može doseći i do 6-12 sati. Tokom sintetičkog perioda dolazi do udvostručavanja molekula DNK – glavnog događaja interfaze. U tom slučaju svaki kromosom postaje dvokromatidan, a njihov broj se ne mijenja. Istovremeno sa replikacijom DNK u citoplazmi, odvija se intenzivan proces sinteze proteina koji čine hromozome.

Uprkos činjenici da se period G 2 naziva postsintetički , procesi sinteze u ovoj fazi interfaze se nastavljaju. Naziva se postsintetičkim samo zato što počinje nakon završetka procesa sinteze DNK (replikacije). Ako se u presintetskom periodu odvija rast i priprema za sintezu DNK, onda se u postsintetskom periodu stanica priprema za diobu, koju također karakteriziraju intenzivni procesi sinteze. Tokom ovog perioda nastavlja se proces sinteze proteina koji čine hromozome; sintetiziraju se energetske tvari i enzimi, koji su neophodni za osiguranje procesa diobe stanica; počinje spiralizacija hromozoma, sintetiziraju se proteini potrebni za izgradnju mitotičkog aparata ćelije (vreteno diobe); dolazi do povećanja mase citoplazme i jako povećava volumen jezgra. Na kraju postsintetskog perioda, ćelija počinje da se deli.

Životni ciklus ćelije uključuje početak njenog formiranja i kraj njenog postojanja kao samostalne jedinice. Počnimo s činjenicom da se ćelija pojavljuje prilikom diobe svoje matične ćelije, a završava svoje postojanje uslijed sljedeće diobe ili smrti.

Životni ciklus ćelije sastoji se od interfaze i mitoze. U tom periodu je period koji se razmatra je ekvivalentan ćelijskom.

Životni ciklus ćelije: interfaza

Ovo je period između dvije mitotske diobe ćelija. Reprodukcija hromozoma se odvija slično reduplikaciji (polukonzervativna replikacija) molekula DNK. U interfazi, ćelijsko jezgro je okruženo posebnom dvomembranskom membranom, a hromozomi su raspleteni i nevidljivi su pod običnom svjetlosnom mikroskopijom.

Prilikom bojenja i fiksiranja stanica dolazi do nakupljanja jako obojene tvari, hromatina. Vrijedi napomenuti da citoplazma sadrži sve potrebne organele. Ovo osigurava puno postojanje ćelije.

U životnom ciklusu ćelije, interfazu prate tri perioda. Razmotrimo svaki od njih detaljnije.

Periodi životnog ciklusa ćelije (interfaze)

Prvi se zove resintetički. Rezultat prethodne mitoze je povećanje broja ćelija. Ovdje se odvija transkripcija novonastalih RNA (informacionih) molekula, a molekuli preostale RNK se sistematiziraju, proteini se sintetiziraju u jezgru i citoplazmi. Neke tvari citoplazme se postupno razgrađuju stvaranjem ATP-a, njegove molekule su obdarene makroergijskim vezama, prenose energiju tamo gdje je nema dovoljno. U ovom slučaju, stanica se povećava, po veličini dostiže majku. Ovaj period za specijalizovane ćelije traje dugo, tokom kojeg one obavljaju svoje posebne funkcije.

Drugi period je poznat kao sintetički(sinteza DNK). Njegova blokada može dovesti do zaustavljanja cijelog ciklusa. Tu se odvija replikacija molekula DNK, kao i sinteza proteina koji su uključeni u formiranje hromozoma.

Molekuli DNK počinju da se vezuju za proteinske molekule, usled čega se hromozomi zgušnjavaju. Istovremeno se opaža reprodukcija centriola, kao rezultat toga, pojavljuju se 2 para. Novi centriol u svim parovima postavljen je u odnosu na stari pod uglom od 90°. Nakon toga, svaki par se tokom sljedeće mitoze udaljava do polova ćelije.

Sintetički period karakterizira i povećana sinteza DNK i nagli skok u formiranju molekula RNK, kao i proteina u stanicama.

Treći period - postsintetički. Karakterizira ga prisustvo ćelijske pripreme za naknadnu diobu (mitotična). Ovaj period traje, po pravilu, uvek kraće od ostalih. Ponekad potpuno ispadne.

Trajanje vremena generisanja

Drugim riječima, ovo je koliko dugo traje životni ciklus ćelije. Trajanje vremena generisanja, kao i pojedinačni periodi, poprimaju različite vrijednosti za različite ćelije. To se može vidjeti iz donje tabele.

Period				Vrijeme generacije	Vrsta stanične populacije
presintetički period interfaze	sintetički interfazni period	postsintetički period interfaze	mitoza
					epitel kože
					duodenum
					tanko crijevo
					ćelije jetre životinje stare 3 nedelje

Dakle, najkraći životni ciklus ćelije je u kambijali. Dešava se da treći period potpuno ispadne - postsintetički. Na primjer, kod pacova starog 3 sedmice u ćelijama njegove jetre ono se smanjuje na pola sata, dok je vrijeme generiranja 21,5 sati.Trajanje sintetičkog perioda je najstabilnije.

U drugim situacijama, u prvom periodu (presintetičkom), ćelija akumulira svojstva za implementaciju specifičnih funkcija, to je zbog činjenice da njena struktura postaje složenija. Ako specijalizacija nije otišla predaleko, može proći kroz puni životni ciklus ćelije sa formiranjem 2 nove ćelije u mitozi. U ovoj situaciji, prvi period se može značajno povećati. Na primjer, u ćelijama epitela kože miša, vrijeme generiranja, odnosno 585,6 sati, pada na prvi period - presintetski, a u stanicama periosta mladunčeta štakora - 102 sata od 114.

Glavni dio ovog vremena naziva se G0-period - ovo je implementacija intenzivne specifične ćelijske funkcije. Mnoge ćelije jetre su u ovom periodu, usled čega su izgubile sposobnost mitoze.

Ako se ukloni dio jetre, većina njenih stanica će nastaviti puni život, prvo u sintetičkom, zatim u postsintetskom periodu, i na kraju mitotičkog procesa. Dakle, za različite vrste staničnih populacija, reverzibilnost takvog G0-perioda je već dokazana. U drugim situacijama, stepen specijalizacije raste toliko snažno da, pod tipičnim uslovima, ćelije se više ne mogu mitotički deliti. Povremeno se kod njih javlja endoreprodukcija. Kod nekih se ponavlja više puta, hromozomi se toliko zgusnu da se mogu vidjeti običnim svjetlosnim mikroskopom.

Tako smo naučili da u životnom ciklusu ćelije interfazu prate tri perioda: presintetički, sintetički i postsintetički.

ćelijska dioba

U osnovi je reprodukcija, regeneracija, prijenos nasljednih informacija, razvoj. Sama ćelija postoji samo u međuperiodu između podela.

Životni ciklus (podjela ćelije) - period postojanja dotične jedinice (počinje od trenutka njenog nastanka kroz diobu matične ćelije), uključujući i samu diobu. Završava se svojom podjelom ili smrću.

Faze ćelijskog ciklusa

Ima ih samo šest. Poznate su sljedeće faze životnog ciklusa ćelije:

Trajanje životnog ciklusa, kao i broj faza u njemu, svaka ćelija ima svoje. Dakle, u nervnom tkivu ćelije na kraju inicijalnog embrionalnog perioda prestaju da se dele, zatim samo funkcionišu tokom celog života samog organizma, a potom umiru. Ali ćelije embrija u fazi drobljenja prvo završavaju 1. diobu, a zatim odmah, zaobilazeći preostale faze, prelaze na sljedeću.

Metode diobe ćelija

Od samo dva:

1. Mitoza je indirektna podjela ćelija.
2. Mejoza- ovo je karakteristično za takvu fazu kao što je sazrijevanje zametnih ćelija, podjela.

Sada ćemo naučiti više o tome šta čini životni ciklus ćelije - mitozu.

Indirektna podjela ćelija

Mitoza je indirektna podjela somatskih stanica. Ovo je kontinuirani proces čiji je rezultat prvo udvostručavanje, a zatim ista raspodjela između ćelija kćeri nasljednog materijala.

Biološki značaj indirektne ćelijske diobe

To je kako slijedi:

1. Rezultat mitoze je formiranje dvije ćelije, od kojih svaka sadrži isti broj hromozoma kao i majka. Njihovi hromozomi nastaju tačnom replikacijom DNK majke, zbog čega geni ćelija kćeri sadrže identične nasledne informacije. Oni su genetski identični matičnoj ćeliji. Dakle, možemo reći da mitoza osigurava identitet prijenosa nasljednih informacija ćelijama kćeri od majke.

2. Rezultat mitoza je određeni broj ćelija u odgovarajućem organizmu – to je jedan od najvažnijih mehanizama rasta.

3. Veliki broj životinja i biljaka razmnožava se upravo aseksualno kroz mitotičku diobu stanica, stoga mitoza čini osnovu vegetativne reprodukcije.

4. Upravo mitoza obezbeđuje potpunu regeneraciju izgubljenih delova, kao i nadoknadu ćelija, što se u određenoj meri javlja kod svakog višećelijskog organizma.

Tako je postalo poznato da se životni ciklus somatske ćelije sastoji od mitoze i interfaze.

Mehanizam mitoze

Podjela citoplazme i jezgra su 2 nezavisna procesa koji se odvijaju kontinuirano, uzastopno. Ali, radi pogodnosti u proučavanju događaja koji se dešavaju tokom perioda podjele, umjetno je podijeljen u 4 faze: pro-, meta-, ana-, telofaza. Njihovo trajanje varira ovisno o vrsti tkiva, vanjskim faktorima, fiziološkom stanju. Najduži su prvi i poslednji.

Profaza

Primjetan je porast jezgre. Kao rezultat spiralizacije dolazi do zbijanja i skraćivanja hromozoma. U kasnijoj profazi, struktura hromozoma je već jasno vidljiva: 2 hromatide, koje su povezane centromerom. Počinje kretanje kromosoma prema ekvatoru stanice.

Od citoplazmatskog materijala u profazi (kasno) nastaje diobeno vreteno koje se formira uz sudjelovanje centriola (u životinjskim stanicama, u nizu nižih biljaka) ili bez njih (ćelije nekih protozoa, viših biljaka). Nakon toga, iz centriola počinju da se pojavljuju filamenti vretena 2 tipa, tačnije:

• nosač, koji povezuje polove ćelije;
• hromozomske (povlačenje), koje prelaze u metafazi u hromozomske centromere.

Na kraju ove faze nuklearna membrana nestaje, a hromozomi se slobodno nalaze u citoplazmi. Obično jezgro nestane nešto ranije.

metafaza

Njegov početak je nestanak nuklearnog omotača. Kromosomi se prvo poređaju u ekvatorijalnoj ravni, formirajući metafaznu ploču. U ovom slučaju, hromozomske centromere su striktno locirane u ekvatorijalnoj ravni. Vlakna vretena se vežu za hromozomske centromere, a neka od njih prelaze s jednog pola na drugi bez pričvršćivanja.

Anafaza

Njegov početak je podjela centromera hromozoma. Kao rezultat, hromatide se transformišu u dva odvojena hromozoma kćeri. Nadalje, potonji počinju da se razilaze prema polovima ćelije. Oni, po pravilu, u ovom trenutku poprimaju poseban V-oblik. Ovo odstupanje se izvodi ubrzavanjem navoja vretena. U isto vrijeme, potporni navoji su izduženi, što rezultira međusobnom razmakom polova.

Telofaza

Ovdje se hromozomi skupljaju na polovima ćelije, a zatim se disspiraliziraju. Zatim se vreteno podjele uništava. Nuklearni omotač ćelija kćeri formira se oko hromozoma. Ovim se završava kariokineza, nakon čega slijedi citokineza.

Mehanizmi ulaska virusa u ćeliju

Postoje samo dva od njih:

1. Fuzijama virusnog superkapsida i ćelijske membrane. Kao rezultat, nukleokapsid se oslobađa u citoplazmu. Nakon toga, uočava se realizacija svojstava genoma virusa.

2. Kroz pinocitozu (endocitoza posredovana receptorima). Ovdje se virus vezuje na mjestu obrubljene jame sa receptorima (specifičnim). Potonji se izboči u ćeliju, a zatim se transformira u takozvanu obrubljenu vezikulu. Ovo, zauzvrat, sadrži zahvaćeni virion, stapa se s privremenim srednjim vezikulom zvanim endosom.

Intracelularna replikacija virusa

Nakon ulaska u ćeliju, genom virusa potpuno podređuje svoj život vlastitim interesima. Kroz sistem ćelije koji sintetiše proteine ​​i njene sisteme za generisanje energije, ona utjelovljuje sopstvenu reprodukciju, žrtvujući, po pravilu, život ćelije.

Slika ispod prikazuje životni ciklus virusa u ćeliji domaćinu (šume Semliki - predstavnik roda Alphvirus). Njegov genom je predstavljen jednolančanom pozitivnom nefragmentiranom RNK. Tamo je virion opremljen superkapsidom, koji se sastoji od lipidnog dvosloja. Kroz njega prolazi oko 240 kopija niza glikoproteinskih kompleksa. Životni ciklus virusa počinje njegovom apsorpcijom na membrani ćelije domaćina, gdje se vezuje za proteinski receptor. Penetracija u ćeliju vrši se pinocitozom.

Zaključak

U članku je razmatran životni ciklus ćelije, opisane su njegove faze. Detaljno je opisano svaki period interfaze.

ćelijski ciklus

Ćelijski ciklus je period postojanja ćelije od trenutka njenog formiranja deljenjem matične ćelije do njene sopstvene deobe ili smrti.Sadržaj [prikaži]

Dužina eukariotskog ćelijskog ciklusa

Dužina ćelijskog ciklusa varira od ćelije do ćelije. Brzo proliferirajuće ćelije odraslih organizama, kao što su hematopoetske ili bazalne ćelije epiderme i tankog creva, mogu ući u ćelijski ciklus svakih 12-36 sati.Kratki ćelijski ciklusi (oko 30 minuta) se primećuju pri brzoj fragmentaciji jajašca bodljokožaca, vodozemci i druge životinje. U eksperimentalnim uslovima, mnoge linije ćelijske kulture imaju kratak ćelijski ciklus (oko 20 h). U ćelijama koje se najaktivnije dijele, period između mitoza je otprilike 10-24 sata.

Faze eukariotskog ćelijskog ciklusa

Eukariotski ćelijski ciklus sastoji se od dva perioda:

Period rasta ćelije, nazvan "interfaza", tokom kojeg se sintetišu DNK i proteini i prave pripreme za deobu ćelije.

Period diobe ćelije, nazvan "faza M" (od riječi mitoza - mitoza).

Interfaza se sastoji od nekoliko perioda:

G1-faza (od engleskog gap - gap), ili faza početnog rasta, tokom koje se sintetišu mRNA, proteini i druge ćelijske komponente;

S-faza (od engleskog synthesis - sintetički), tokom koje se replicira DNK ćelijskog jezgra, dolazi i do udvostručavanja centriola (ako ih, naravno, ima).

G2-faza, tokom koje se priprema za mitozu.

Diferenciranim ćelijama koje se više ne dijele možda nedostaje G1 faza u ćelijskom ciklusu. Takve ćelije su u fazi mirovanja G0.

Period diobe ćelije (faza M) uključuje dvije faze:

mitoza (podjela ćelijskog jezgra);

citokineza (podjela citoplazme).

Zauzvrat, mitoza je podijeljena u pet faza, in vivo ovih šest faza čine dinamičku sekvencu.

Opis diobe ćelija zasniva se na podacima svjetlosne mikroskopije u kombinaciji sa mikrofilmiranjem i na rezultatima svjetlosne i elektronske mikroskopije fiksiranih i obojenih ćelija.

Regulacija ćelijskog ciklusa

Prirodni slijed promjena perioda ćelijskog ciklusa odvija se interakcijom proteina kao što su ciklin zavisne kinaze i ciklini. Ćelije u G0 fazi mogu ući u ćelijski ciklus kada su izložene faktorima rasta. Različiti faktori rasta, kao što su trombocitni, epidermalni i nervni faktori rasta, vezivanjem za svoje receptore, pokreću intracelularnu signalnu kaskadu, što na kraju dovodi do transkripcije gena za cikline i ciklin zavisne kinaze. Kinaze zavisne od ciklina postaju aktivne samo kada stupe u interakciju sa odgovarajućim ciklinima. Sadržaj različitih ciklina u ćeliji se mijenja tokom cijelog ćelijskog ciklusa. Ciklin je regulatorna komponenta kompleksa ciklin-ciklin zavisne kinaze. Kinaza je katalitička komponenta ovog kompleksa. Kinaze nisu aktivne bez ciklina. Različiti ciklini se sintetiziraju u različitim fazama ćelijskog ciklusa. Dakle, sadržaj ciklina B u jajnim ćelijama žabe dostiže maksimum do trenutka mitoze, kada se pokreće čitav niz reakcija fosforilacije koje katalizira ciklin B/ciklin-zavisna kinaza kompleksa. Do kraja mitoze, ciklin se brzo razgrađuje proteinazama.

Kontrolne tačke ćelijskog ciklusa

Da bismo utvrdili završetak svake faze ćelijskog ciklusa, potrebno je u njoj imati kontrolne tačke. Ako ćelija "prođe" kontrolnu tačku, onda nastavlja da se "kreće" kroz ćelijski ciklus. Ako, međutim, neke okolnosti, poput oštećenja DNK, spriječe ćeliju da prođe kroz kontrolnu tačku, što se može uporediti sa nekom vrstom kontrolne tačke, tada se stanica zaustavlja i ne nastupa druga faza ćelijskog ciklusa, barem dok ne dođe do prepreke se uklanjaju, sprečavajući kavez da prođe kroz kontrolni punkt. Postoje najmanje četiri kontrolne tačke ćelijskog ciklusa: kontrolna tačka u G1 gde se proverava integritet DNK pre ulaska u S-fazu, kontrolna tačka u S-fazi gde se proverava ispravnost replikacije DNK, kontrolna tačka u G2 gde se proveravaju propuštena oštećenja prilikom prolaska prethodnih kontrolnih tačaka, ili dobijenih u narednim fazama ćelijskog ciklusa. U G2 fazi detektuje se kompletnost replikacije DNK, a ćelije u kojima je DNK nedovoljno replicirana ne ulaze u mitozu. Na kontrolnoj tački sklopa vretena provjerava se da li su sve kinetohore vezane za mikrotubule.

Poremećaji ćelijskog ciklusa i formiranje tumora

Povećanje sinteze proteina p53 dovodi do indukcije sinteze proteina p21, inhibitora ćelijskog ciklusa.

Kršenje normalne regulacije ćelijskog ciklusa je uzrok većine solidnih tumora. U ćelijskom ciklusu, kao što je već spomenuto, prolazak kontrolnih tačaka moguć je samo ako su prethodne faze normalno završene i nema kvarova. Tumorske ćelije karakteriziraju promjene u komponentama kontrolnih tačaka ćelijskog ciklusa. Inaktivacija kontrolnih tačaka ćelijskog ciklusa dovodi do disfunkcije nekoliko tumorskih supresora i protoonkogena, posebno p53, pRb, Myc i Ras. Protein p53 je jedan od faktora transkripcije koji pokreće sintezu proteina p21, koji je inhibitor CDK-ciklin kompleksa, što dovodi do zaustavljanja ćelijskog ciklusa u G1 i G2 periodima. Dakle, ćelija čija je DNK oštećena ne ulazi u S fazu. Kada mutacije dovode do gubitka gena p53 proteina, ili kada se oni promijene, ne dolazi do blokade staničnog ciklusa, stanice ulaze u mitozu, što dovodi do pojave mutantnih stanica, od kojih većina nije održiva, dok druge stvaraju maligne stanice. .

Ciklini su porodica proteina koji su aktivatori ciklin zavisnih protein kinaza (CDK) (CDK - cyclin-dependent kinases) - ključnih enzima uključenih u regulaciju eukariotskog ćelijskog ciklusa. Ciklini su dobili ime zbog činjenice da se njihova unutarćelijska koncentracija periodično mijenja kako stanice prolaze kroz ćelijski ciklus, dostižući maksimum u određenim fazama.

Katalitička podjedinica protein kinaze zavisne od ciklina djelomično se aktivira kao rezultat interakcije s molekulom ciklina, koja formira regulatornu podjedinicu enzima. Formiranje ovog heterodimera postaje moguće nakon što ciklin dostigne kritičnu koncentraciju. Kao odgovor na smanjenje koncentracije ciklina, enzim se inaktivira. Za potpunu aktivaciju ciklin zavisne protein kinaze mora doći do specifične fosforilacije i defosforilacije određenih aminokiselinskih ostataka u polipeptidnim lancima ovog kompleksa. Jedan od enzima koji sprovode takve reakcije je CAK kinaza (CAK - CDK activating kinase).

Kinaza zavisna od ciklina

Kinaze zavisne od ciklina (CDK) su grupa proteina regulisanih ciklinom i molekulima sličnim ciklinu. Većina CDK je uključena u faze ćelijskog ciklusa; oni takođe regulišu transkripciju i procesiranje mRNA. CDK su serin/treonin kinaze koje fosforilišu odgovarajuće proteinske ostatke. Poznato je nekoliko CDK-ova, od kojih se svaki aktivira jednim ili više ciklina i drugih sličnih molekula nakon postizanja svoje kritične koncentracije, a većinom su CDK-ovi homologni, razlikuju se prvenstveno u konfiguraciji mjesta vezivanja ciklina. Kao odgovor na smanjenje intracelularne koncentracije određenog ciklina, dolazi do reverzibilne inaktivacije odgovarajuće CDK. Ako CDK aktivira grupa ciklina, svaki od njih, kao da prenosi protein kinaze jedni na druge, održava CDK u aktiviranom stanju dugo vremena. Takvi talasi aktivacije CDK javljaju se tokom G1 i S faza ćelijskog ciklusa.

Lista CDK-ova i njihovih regulatora

CDK1; ciklin A, ciklin B

CDK2; ciklin A, ciklin E

CDK4; ciklin D1, ciklin D2, ciklin D3

CDK5; CDK5R1, CDK5R2

CDK6; ciklin D1, ciklin D2, ciklin D3

CDK7; ciklin H

CDK8; ciklin C

CDK9; ciklin T1, ciklin T2a, ciklin T2b, ciklin K

CDK11 (CDC2L2); ciklin L

Amitoza (ili direktna ćelijska dioba) se rjeđe javlja u somatskim eukariotskim ćelijama nego mitoza. Prvi ga je opisao njemački biolog R. Remak 1841. godine, termin je predložio histolog. W. Flemming kasnije - 1882. godine. U većini slučajeva, amitoza se opaža u stanicama sa smanjenom mitotičkom aktivnošću: to su starenje ili patološki izmijenjene stanice, često osuđene na smrt (ćelije embrionalnih membrana sisara, tumorske stanice itd.). Tokom amitoze, interfazno stanje jezgra je morfološki očuvano, nukleolus i nuklearna membrana su jasno vidljivi. Replikacija DNK je odsutna. Ne dolazi do spiralizacije hromatina, hromozomi se ne otkrivaju. Ćelija zadržava svoju inherentnu funkcionalnu aktivnost, koja gotovo potpuno nestaje tokom mitoze. Tokom amitoze, samo se jezgro dijeli, a bez formiranja fisijskog vretena, stoga se nasljedni materijal raspoređuje nasumično. Odsustvo citokineze dovodi do stvaranja binuklearnih ćelija, koje kasnije nisu u stanju da uđu u normalni mitotički ciklus. Uz ponovljene amitoze, mogu se formirati višejezgrene ćelije.

Ovaj koncept se još uvijek pojavljivao u nekim udžbenicima sve do 1980-ih. Trenutno se smatra da su sve pojave koje se pripisuju amitozi rezultat pogrešne interpretacije nedovoljno pripremljenih mikroskopskih preparata, odnosno tumačenja pojava koje prate destrukciju ćelije ili druge patološke procese kao deobu ćelije. Istovremeno, neke varijante eukariotske nuklearne fisije ne mogu se nazvati mitozom ili mejozom. Takva je, na primjer, podjela makronukleusa mnogih cilijata, gdje, bez formiranja vretena, dolazi do segregacije kratkih fragmenata kromosoma.

ćelijski ciklus

Ćelijski ciklus se sastoji od mitoze (M-faze) i interfaze. U interfazi se uzastopno razlikuju faze G 1 , S i G 2 .

FAZE ĆELIJSKOG CIKLUSA

Interfaza

G 1 prati telofazu mitoze. Tokom ove faze, ćelija sintetiše RNK i proteine. Trajanje faze je od nekoliko sati do nekoliko dana.

G 2 ćelije mogu izaći iz ciklusa i nalaze se u fazi G 0 . U fazi G 0 ćelije počinju da se diferenciraju.

S. U S fazi, sinteza proteina se nastavlja u ćeliji, dolazi do replikacije DNK, a centriole se odvajaju. U većini ćelija, S faza traje 8-12 sati.

G 2 . U G 2 fazi nastavlja se sinteza RNK i proteina (na primjer, sinteza tubulina za mikrotubule mitotičkog vretena). Ćerke centriole dostižu veličinu definitivnih organela. Ova faza traje 2-4 sata.

MITOZIS

Tokom mitoze, jezgro (kariokineza) i citoplazma (citokineza) se dijele. Faze mitoze: profaza, prometafaza, metafaza, anafaza, telofaza.

Profaza. Svaki hromozom se sastoji od dvije sestrinske hromatide povezane centromerom, nukleolus nestaje. Centriole organiziraju mitotičko vreteno. Par centriola je dio mitotičkog centra, iz kojeg se radijalno protežu mikrotubule. Prvo se mitotički centri nalaze u blizini nuklearne membrane, a zatim se razilaze i formira se bipolarno mitotičko vreteno. Ovaj proces uključuje polarne mikrotubule koje međusobno djeluju dok se izdužuju.

Centriole dio je centrosoma (centrosom sadrži dva centriola i pericentriolni matriks) i ima oblik cilindra prečnika 15 nm i dužine 500 nm; zid cilindra sastoji se od 9 trojki mikrotubula. U centrosomu, centriole se nalaze pod pravim uglom jedna u odnosu na drugu. Tokom S faze ćelijskog ciklusa, centrioli se dupliciraju. U mitozi, parovi centriola, od kojih se svaki sastoji od originalnog i novonastalog, divergiraju do polova ćelije i učestvuju u formiranju mitotičkog vretena.

prometaphase. Nuklearni omotač se raspada na male fragmente. Kinetohori se pojavljuju u regiji centromera, funkcionišući kao centri za organizaciju kinetohornih mikrotubula. Odlazak kinetohora od svakog hromozoma u oba smjera i njihova interakcija sa polarnim mikrotubulama mitotičkog vretena razlog je pomicanja hromozoma.

metafaza. Hromozomi se nalaze na ekvatoru vretena. Formira se metafazna ploča u kojoj svaki kromosom drži par kinetohora i povezanih kinetohorskih mikrotubula usmjerenih na suprotne polove mitotičkog vretena.

Anafaza– segregacija kćernih hromozoma na polove mitotičkog vretena brzinom od 1 µm/min.

Telofaza. Kromatide se približavaju polovima, mikrotubule kinetohora nestaju, a polne se nastavljaju produžavati. Formira se nuklearna membrana, pojavljuje se nukleol.

citokineza- podjela citoplazme na dva odvojena dijela. Proces počinje u kasnoj anafazi ili telofazi. Plazmalema je uvučena između dva kćerka jezgra u ravni okomitoj na dugu osu vretena. Fisijska brazda se produbljuje, a između ćelija kćeri - rezidualnog tijela ostaje most. Dalje uništavanje ove strukture dovodi do potpune podjele ćelija kćeri.

Regulatori ćelijske diobe

Proliferacija ćelija koja se javlja mitozom strogo je regulirana raznim molekularnim signalima. Koordinirana aktivnost ovih višestrukih regulatora ćelijskog ciklusa osigurava i prijelaz ćelija iz faze u fazu ćelijskog ciklusa i precizno izvršavanje događaja svake faze. Glavni razlog za pojavu proliferativnih nekontrolisanih ćelija je mutacija gena koji kodiraju strukturu regulatora ćelijskog ciklusa. Regulatori ćelijskog ciklusa i mitoze dijele se na intracelularne i međućelijske. Intracelularni molekularni signali su brojni, a među njima, prije svega, treba spomenuti same regulatore ćelijskog ciklusa (ciklini, ciklin zavisne protein kinaze, njihovi aktivatori i inhibitori) i onkosupresore.

MEJOZA

Mejoza proizvodi haploidne gamete.

prva podjela mejoze

Prva podjela mejoze (profaza I, metafaza I, anafaza I i telofaza I) je redukcijska.

ProfazaI sukcesivno prolazi kroz nekoliko faza (leptoten, zigoten, pahiten, diploten, dijakineza).

leptotena - hromatin se kondenzira, svaki hromozom se sastoji od dvije hromatide povezane centromerom.

Zygoten- homologni upareni hromozomi se približavaju i dolaze u fizički kontakt ( sinapse) u obliku sinaptonemskog kompleksa koji osigurava konjugaciju hromozoma. U ovoj fazi, dva susjedna para hromozoma formiraju bivalent.

Pachytene Kromosomi se debljaju zbog spiralizacije. Odvojeni dijelovi konjugiranih hromozoma se sijeku jedan s drugim i formiraju kijazme. To se dešava ovde prelazeći preko- razmjena mjesta između očevih i majčinih homolognih hromozoma.

Diploten– razdvajanje konjugiranih hromozoma u svakom paru kao rezultat longitudinalnog cijepanja sinaptonemskog kompleksa. Hromozomi su podijeljeni duž cijele dužine kompleksa, sa izuzetkom chiasmata. Kao dio bivalenta, 4 hromatide se jasno razlikuju. Takav bivalent se naziva tetrada. Mjesta odmotavanja pojavljuju se u hromatidama, gdje se sintetiše RNK.

dijakineza. Procesi skraćivanja hromozoma i cijepanja hromozomskih parova se nastavljaju. Hijazme se kreću do krajeva hromozoma (terminalizacija). Nuklearna membrana je uništena, nukleolus nestaje. Pojavljuje se mitotičko vreteno.

metafazaI. U metafazi I, tetrade formiraju metafaznu ploču. Općenito, očevi i majčinski hromozomi su nasumično raspoređeni na obje strane ekvatora mitotičkog vretena. Ovaj obrazac distribucije hromozoma leži u osnovi Mendelovog drugog zakona, koji (zajedno sa ukrštanjem) obezbeđuje genetske razlike između pojedinaca.

AnafazaI razlikuje se od anafaze mitoze po tome što se tokom mitoze sestrinske hromatide divergiraju prema polovima. U ovoj fazi mejoze, netaknuti hromozomi prelaze na polove.

TelofazaI ne razlikuje se od telofaze mitoze. Nastaju jezgra sa 23 konjugirana (udvostručena) hromozoma, dolazi do citokineze i formiraju se ćelije kćeri.

Druga podjela mejoze.

Druga podjela mejoze - equational - teče na isti način kao i mitoza (profaza II, metafaza II, anafaza II i telofaza), ali mnogo brže. Ćerke ćelije dobijaju haploidni set hromozoma (22 autosoma i jedan polni hromozom).