celični cikel. delitev celic

Ta lekcija vam omogoča samostojno preučevanje teme "Življenjski cikel celice". Na njej bomo govorili o tem, kaj ima pomembno vlogo pri delitvi celic, kaj prenaša genetske informacije iz ene generacije v drugo. Preučili boste tudi celoten življenjski cikel celice, ki ga imenujemo tudi zaporedje dogodkov, ki potekajo od trenutka nastanka celice do njene delitve.

Tema: Razmnoževanje in individualni razvoj organizmov

Lekcija: Življenjski cikel celice

Po celični teoriji nove celice nastanejo šele z delitvijo prejšnjih matičnih celic. , ki vsebujejo molekule DNA, imajo pomembno vlogo v procesih delitve celic, saj zagotavljajo prenos genetske informacije iz ene generacije v drugo.

Zato je zelo pomembno, da hčerinske celice prejmejo enako količino genskega materiala in povsem naravno je, da prej delitev celic pride do podvojitve genetskega materiala, to je molekule DNK (slika 1).

Kaj je celični cikel? Življenjski cikel celice- zaporedje dogodkov, ki se zgodijo od trenutka nastanka določene celice do njene delitve na hčerinske celice. Po drugi definiciji je celični cikel življenje celice od trenutka, ko se pojavi kot posledica delitve matične celice, do lastne delitve ali smrti.

V celičnem ciklusu celica raste in se spreminja, da lahko uspešno opravlja svoje naloge v večceličnem organizmu. Ta proces se imenuje diferenciacija. Nato celica nekaj časa uspešno opravlja svoje funkcije, nato pa nadaljuje z delitvijo.

Jasno je, da se vse celice večceličnega organizma ne morejo deliti v nedogled, sicer bi bila vsa bitja, tudi človek, nesmrtna.

riž. 1. Delček molekule DNK

To se ne zgodi, ker so v DNK "geni smrti", ki se pod določenimi pogoji aktivirajo. Sintetizirajo določene beljakovine-encime, ki uničijo strukturo celice, njene organele. Posledično se celica skrči in odmre.

Ta programirana celična smrt se imenuje apoptoza. Toda v obdobju od trenutka, ko se celica pojavi do apoptoze, gre celica skozi številne delitve.

Celični cikel je sestavljen iz 3 glavnih stopenj:

1. Interfaza - obdobje intenzivne rasti in biosinteze določenih snovi.

2. Mitoza ali kariokineza (cepitev jedra).

3. Citokineza (delitev citoplazme).

Opišemo stopnje celičnega cikla podrobneje. Prva je torej medfazna. Interfaza je najdaljša faza, obdobje intenzivne sinteze in rasti. Celica sintetizira veliko snovi, ki so potrebne za njeno rast in izvajanje vseh njenih inherentnih funkcij. Med interfazo pride do replikacije DNA.

Mitoza je proces delitve jedra, pri katerem se kromatidi ločijo drug od drugega in se v obliki kromosomov prerazporedijo med hčerinske celice.

Citokineza je proces delitve citoplazme med dvema hčerinskima celicama. Običajno pod imenom mitoza citologija združuje 2. in 3. stopnjo, to je delitev celice (kariokineza) in delitev citoplazme (citokineza).

Opišemo interfazo podrobneje (slika 2). Interfazo sestavljajo 3 obdobja: G 1, S in G 2. Prvo obdobje, predsintetično (G 1), je faza intenzivne celične rasti.

riž. 2. Glavne faze življenjskega cikla celice.

Tu poteka sinteza določenih snovi, to je najdaljša faza, ki sledi delitvi celic. V tej fazi se kopičijo snovi in ​​energija, ki so potrebne za naslednje obdobje, to je za podvojitev DNK.

Po sodobnih pojmovanjih se v obdobju G 1 sintetizirajo snovi, ki zavirajo ali spodbujajo naslednje obdobje celičnega cikla, in sicer sintetično obdobje.

Sintetično obdobje (S) običajno traja od 6 do 10 ur, v nasprotju s predsintetskim obdobjem, ki lahko traja tudi več dni in vključuje podvajanje DNK ter sintezo proteinov, kot so histonski proteini, ki lahko tvorijo kromosomi. Do konca sintetičnega obdobja je vsak kromosom sestavljen iz dveh kromatid, ki sta med seboj povezani s centromero. V tem obdobju se centrioli podvojijo.

Postsintetično obdobje (G 2) se pojavi takoj po podvojitvi kromosomov. Traja od 2 do 5 ur.

V istem obdobju se kopiči energija, potrebna za nadaljnji proces delitve celic, to je neposredno za mitozo.

V tem obdobju pride do delitve mitohondrijev in kloroplastov in sintetizirajo se beljakovine, ki bodo nato tvorile mikrotubule. Mikrotubule, kot veste, tvorijo nit vretena in zdaj je celica pripravljena na mitozo.

Preden nadaljujemo z opisom metod celične delitve, razmislimo o procesu podvajanja DNK, ki vodi do nastanka dveh kromatid. Ta proces poteka v sintetičnem obdobju. Podvojitev molekule DNA imenujemo replikacija ali reduplikacija (slika 3).

riž. 3. Proces replikacije (reduplikacije) DNK (sintetično obdobje interfaze). Encim helikaza (zelena) odvija dvojno vijačnico DNA, polimeraze DNA (modra in oranžna) pa dokončajo komplementarne nukleotide.

Pri replikaciji se del materine molekule DNK s pomočjo posebnega encima helikaze razplete v dve verigi. Poleg tega se to doseže s prekinitvijo vodikovih vezi med komplementarnimi dušikovimi bazami (A-T in G-C). Nadalje za vsak nukleotid razpršenih verig DNA encim DNA polimeraza prilagodi svoj komplementarni nukleotid.

Tako nastaneta dve dvoverižni molekuli DNA, od katerih vsaka vključuje eno verigo starševske molekule in eno novo hčerinsko verigo. Ti dve molekuli DNK sta popolnoma enaki.

Nemogoče je odviti celotno veliko molekulo DNK za replikacijo hkrati. Zato se replikacija začne v ločenih odsekih molekule DNA, nastanejo kratki fragmenti, ki se nato z določenimi encimi zašijejo v dolgo nit.

Trajanje celičnega cikla je odvisno od vrste celice in od zunanjih dejavnikov, kot so temperatura, prisotnost kisika, prisotnost hranil. Na primer, v ugodnih razmerah se bakterijske celice delijo vsakih 20 minut, črevesne epitelijske celice vsakih 8-10 ur, celice na konicah korenin čebule pa vsakih 20 ur. In nekatere celice živčnega sistema se nikoli ne delijo.

Nastanek celične teorije

V 17. stoletju je angleški zdravnik Robert Hooke (slika 4) s svetlobnim mikroskopom domače izdelave videl, da so pluta in druga rastlinska tkiva sestavljena iz majhnih celic, ločenih s pregradami. Imenoval jih je celice.

riž. 4. Robert Hooke

Leta 1738 je nemški botanik Matthias Schleiden (slika 5) prišel do zaključka, da so rastlinska tkiva sestavljena iz celic. Natanko leto kasneje je zoolog Theodor Schwann (slika 5) prišel do iste ugotovitve, vendar le glede živalskih tkiv.

riž. 5. Matthias Schleiden (levo) Theodor Schwann (desno)

Ugotovil je, da so živalska tkiva tako kot rastlinska sestavljena iz celic in da so celice osnova življenja. Na podlagi celičnih podatkov so znanstveniki oblikovali celično teorijo.

riž. 6. Rudolf Virchow

Po 20 letih je Rudolf Virchow (slika 6) razširil celično teorijo in prišel do zaključka, da lahko celice nastanejo iz drugih celic. Zapisal je: »Kjer je celica, mora obstajati predhodna celica, tako kot živali izvirajo samo iz živali, rastline pa le iz rastline ... Vse žive oblike, pa naj bodo živalski ali rastlinski organizmi ali njihova sestava. deli, prevladuje večni zakon nenehnega razvoja.

Zgradba kromosomov

Kot veste, imajo kromosomi ključno vlogo pri delitvi celic, saj prenašajo genetske informacije iz ene generacije v drugo. Kromosomi so sestavljeni iz molekule DNK, ki jo histoni vežejo na beljakovine. Ribosomi vsebujejo tudi majhno količino RNA.

V celicah, ki se delijo, so kromosomi predstavljeni v obliki dolgih tankih niti, enakomerno porazdeljenih po celotnem volumnu jedra.

Posamezni kromosomi se ne razlikujejo, vendar je njihov kromosomski material obarvan z bazičnimi barvili in se imenuje kromatin. Pred delitvijo celice se kromosomi (slika 7) odebelijo in skrajšajo, kar omogoča, da jih dobro vidimo v svetlobnem mikroskopu.

riž. 7. Kromosomi v profazi 1 mejoze

V razpršenem, to je raztegnjenem stanju, kromosomi sodelujejo v vseh biosinteznih procesih oziroma uravnavajo biosintezne procese, med celično delitvijo pa se ta funkcija prekine.

Pri vseh oblikah celične delitve se DNK vsakega kromosoma podvoji tako, da nastaneta dve enaki, dvojni polinukleotidni verigi DNK.

riž. 8. Zgradba kromosoma

Te verige so obdane z beljakovinsko ovojnico in so na začetku celične delitve videti kot enake niti, ki ležijo ena poleg druge. Vsaka nit se imenuje kromatida in je z drugo nitjo povezana z neobarvanim območjem, ki se imenuje centromera (slika 8).

Domača naloga

1. Kaj je celični cikel? Iz katerih stopenj je sestavljen?

2. Kaj se zgodi s celico med interfazo? Katere so stopnje interfaze?

3. Kaj je replikacija? Kakšen je njegov biološki pomen? Kdaj se zgodi? Katere snovi so vključene v to?

4. Kako je nastala celična teorija? Poimenujte znanstvenike, ki so sodelovali pri njegovem oblikovanju.

5. Kaj je kromosom? Kakšna je vloga kromosomov pri delitvi celic?

1. Tehnična in humanitarna literatura ().

2. Enotna zbirka digitalnih izobraževalnih virov ().

3. Enotna zbirka digitalnih izobraževalnih virov ().

4. Enotna zbirka digitalnih izobraževalnih virov ().

Bibliografija

1. Kamensky A. A., Kriksunov E. A., Pasechnik V. V. Splošna biologija 10-11 razred Droplja, 2005.

2. Biologija. 10. razred. Splošna biologija. Osnovna raven / P. V. Izhevsky, O. A. Kornilova, T. E. Loshchilina in drugi - 2. izd., revidirano. - Ventana-Graf, 2010. - 224 str.

3. Belyaev D.K. Biologija 10-11. Splošna biologija. Osnovna raven. - 11. izd., stereotip. - M .: Izobraževanje, 2012. - 304 str.

4. Biologija 11. razred. Splošna biologija. Raven profila / V. B. Zakharov, S. G. Mamontov, N. I. Sonin in drugi - 5. izd., stereotip. - Bustard, 2010. - 388 str.

5. Agafonova I. B., Zakharova E. T., Sivoglazov V. I. Biologija 10-11 razred. Splošna biologija. Osnovna raven. - 6. izd., dod. - Bustard, 2010. - 384 str.

Razmnoževanje in razvoj organizmov, prenos dednih informacij in regeneracija temeljijo na delitvi celic. Celica kot taka obstaja samo v časovnem intervalu med delitvami.

Obdobje obstoja celice od trenutka, ko začne nastajati z delitvijo matične celice (tj. v to obdobje je vključena tudi sama delitev) do trenutka lastne delitve ali smrti imenujemo vitalen oz celični cikel.

Življenjski cikel celice je razdeljen na več faz:

• cepitvena faza (ta faza, ko pride do mitotske delitve);
• faza rasti (takoj po delitvi se začne rast celice, poveča se volumen in doseže določeno velikost);
• faza mirovanja (v tej fazi usoda celice v prihodnosti še ni določena: celica se lahko začne pripravljati na delitev ali pa gre po poti specializacije);
• faza diferenciacije (specializacije) (prihaja na koncu faze rasti - v tem času celica prejme določene strukturne in funkcionalne lastnosti);
• faza zrelosti (obdobje delovanja celice, opravljanje določenih funkcij, odvisno od specializacije);
• faza staranja (obdobje oslabitve vitalnih funkcij celice, ki se konča z njeno delitvijo ali odmrtjem).

Trajanje celičnega cikla in število faz, ki so vanj vključene, sta v celicah različna. Na primer, celice živčnega tkiva po koncu embrionalnega obdobja se prenehajo deliti in delujejo skozi celotno življenje organizma, nato pa umrejo. Drug primer, embrionalne celice. Na stopnji drobljenja, ko zaključijo eno delitev, takoj preidejo na naslednjo, hkrati pa obidejo vse druge faze.

Obstajajo naslednje metode delitve celic:

1. mitoza ali kariokineza - posredna delitev;
2. mejoza ali redukcijska delitev - delitev, ki je značilna za fazo zorenja zarodnih celic oziroma tvorbe trosov pri višjih trosnih rastlinah.

Mitoza je neprekinjen proces, zaradi katerega se najprej pojavi podvojitev, nato pa enakomerna porazdelitev dednega materiala med hčerinskimi celicami. Kot posledica mitoze se pojavita dve celici, od katerih ima vsaka enako število kromosomov, kot jih vsebuje matična celica. Ker kromosomi hčerinskih celic izhajajo iz materinih kromosomov z natančno replikacijo DNA, imajo njihovi geni popolnoma enake dedne informacije. Hčerinske celice so genetsko enake matični celici.
Tako med mitozo pride do natančnega prenosa dednih informacij od starševskih do hčerinskih celic. Število celic v telesu se poveča zaradi mitoze, ki je eden glavnih mehanizmov rasti. Ne smemo pozabiti, da se lahko celice z različnimi kromosomskimi sklopi delijo z mitozo - ne le diploidno (somatske celice večine živali), ampak tudi haploidno (številne alge, gametofiti višjih rastlin), triploidno (endosperm kritosemenk) ali poliploidno.

Obstaja veliko vrst rastlin in živali, ki se razmnožujejo nespolno z eno samo mitotično delitvijo celic, tj. Mitoza je osnova nespolnega razmnoževanja. Zahvaljujoč mitozi pride do nadomeščanja celic in regeneracije izgubljenih delov telesa, kar je tako ali drugače vedno prisotno pri vseh večceličnih organizmih. Mitotična delitev celic poteka pod popolnim genetskim nadzorom. Mitoza je osrednji dogodek mitotskega celičnega cikla.

Mitotski cikel - kompleks medsebojno povezanih in kronološko določenih dogodkov, ki se zgodijo med pripravo celice na delitev in med samo delitvijo celice. V različnih organizmih se lahko trajanje mitotskega cikla zelo razlikuje. Najkrajše mitotične cikle najdemo pri drobljenju jajčec nekaterih živali (na primer pri zlati ribici se prve delitve drobljenja zgodijo vsakih 20 minut). Najpogostejše trajanje mitotičnega cikla je 18-20 ur. Obstajajo tudi večdnevni ciklusi. Tudi v različnih organih in tkivih istega organizma je lahko trajanje mitotičnega cikla različno. Na primer, pri miših se celice epitelnega tkiva dvanajstnika delijo vsakih 11 ur, jejunuma - vsakih 19 ur in v roženici očesa - vsake 3 dni.

Kateri točno dejavniki spodbudijo celico k mitozi, znanstvenikom ni znano. Obstaja domneva, da ima tukaj glavno vlogo razmerje med jedrom in citoplazmo (razmerje volumna jedra in citoplazme). Obstajajo tudi dokazi, da odmirajoče celice proizvajajo snovi, ki lahko spodbudijo celično delitev.

V mitotskem ciklu sta dva glavna dogodka: medfaza in dejansko delitev .

Nove celice nastanejo v dveh zaporednih procesih:

1. mitoza, ki vodi do podvojitve jedra;
2. citokineza - delitev citoplazme, pri kateri nastaneta dve hčerinski celici, ki vsebujeta po eno hčerinsko jedro.

Sama celična delitev običajno traja 1-3 ure, zato glavni del življenja celice poteka v interfazi. Interfaza Časovni interval med dvema celičnima delitvama se imenuje. Interfaza običajno traja do 90 % celotnega celičnega cikla. Interfazo sestavljajo tri obdobja: predsintetični ali G 1, sintetični ali S, in postsintetični ali G2.

Predsintetika obdobje je najdaljše obdobje interfaze, njegovo trajanje je od 10 ur do nekaj dni. Takoj po delitvi se obnovijo značilnosti organizacije interfazne celice: tvorba nukleolusa je končana, pride do intenzivne sinteze beljakovin v citoplazmi, kar vodi do povečanja mase celic, dobave prekurzorjev DNA, nastanejo encimi, ki katalizirajo reakcijo replikacije DNA itd. Tisti. v predsintetskem obdobju potekajo procesi priprave na naslednje obdobje interfaze, sintetično.

Trajanje sintetični obdobje je lahko različno: pri bakterijah je nekaj minut, v celicah sesalcev lahko doseže do 6-12 ur. V sintetičnem obdobju pride do podvojitve molekul DNA - glavnega dogodka interfaze. V tem primeru vsak kromosom postane dvokromatiden in njihovo število se ne spremeni. Hkrati z replikacijo DNA v citoplazmi poteka intenziven proces sinteze beljakovin, ki sestavljajo kromosome.

Kljub temu, da se obdobje G 2 imenuje postsintetični , se procesi sinteze na tej stopnji interfaze nadaljujejo. Imenuje se postsintetski samo zato, ker se začne po koncu procesa sinteze (replikacije) DNK. Če v predsintetičnem obdobju poteka rast in priprava na sintezo DNK, potem se v postsintetičnem obdobju celica pripravi na delitev, za katero so značilni tudi intenzivni sintezni procesi. V tem obdobju se nadaljuje proces sinteze beljakovin, ki sestavljajo kromosome; sintetizirajo se energijske snovi in ​​encimi, ki so potrebni za zagotovitev procesa delitve celic; začne se spiralizacija kromosomov, sintetizirajo se beljakovine, potrebne za izgradnjo mitotičnega aparata celice (delitveno vreteno); pride do povečanja mase citoplazme in močno povečanja prostornine jedra. Ob koncu postsintetičnega obdobja se celica začne deliti.

Življenjski cikel celice vključuje začetek njenega nastajanja in konec njenega obstoja kot samostojne enote. Začnimo z dejstvom, da se celica pojavi med delitvijo matične celice in konča svoj obstoj zaradi naslednje delitve ali smrti.

Življenjski cikel celice je sestavljen iz interfaze in mitoze. V tem obdobju je obravnavano obdobje enakovredno celičnemu.

Življenjski cikel celice: interfaza

To je obdobje med dvema mitotičnima celičnima delitvama. Razmnoževanje kromosomov poteka podobno kot reduplikacija (polkonzervativna replikacija) molekul DNA. V interfazi je celično jedro obdano s posebno dvomembransko membrano, kromosomi pa so nezviti in pod navadnim svetlobnim mikroskopom nevidni.

Pri barvanju in fiksiranju celic pride do kopičenja močno obarvane snovi, kromatina. Omeniti velja, da citoplazma vsebuje vse potrebne organele. To zagotavlja popoln obstoj celice.

V življenjskem ciklu celice interfazo spremljajo tri obdobja. Razmislimo o vsakem od njih podrobneje.

Obdobja življenjskega cikla celice (interfaze)

Prvi se imenuje resintetični. Rezultat prejšnje mitoze je povečanje števila celic. Tu poteka transkripcija novonastalih (informacijskih) molekul RNA, molekule preostale RNA pa se sistematizirajo, beljakovine se sintetizirajo v jedru in citoplazmi. Nekatere snovi citoplazme se postopoma razgradijo s tvorbo ATP, njegove molekule so obdarjene z makroergičnimi vezmi, prenašajo energijo tja, kjer je ni dovolj. V tem primeru se celica poveča, po velikosti doseže mater. To obdobje za specializirane celice traja dolgo, v katerem opravljajo svoje posebne funkcije.

Drugo obdobje je znano kot sintetični(sinteza DNK). Njegova blokada lahko povzroči zaustavitev celotnega cikla. Tu poteka replikacija molekul DNK, pa tudi sinteza beljakovin, ki sodelujejo pri tvorbi kromosomov.

Molekule DNK se začnejo vezati na beljakovinske molekule, zaradi česar se kromosomi zadebelijo. Hkrati opazimo razmnoževanje centriolov, posledično se pojavita 2 para. Novi centriol v vseh parih je postavljen glede na starega pod kotom 90°. Nato se vsak par med naslednjo mitozo odmakne do celičnih polov.

Za sintetično obdobje je značilna povečana sinteza DNA in močan skok v tvorbi molekul RNA, pa tudi beljakovin v celicah.

Tretje obdobje - postsintetični. Zanj je značilna prisotnost celične priprave za nadaljnjo delitev (mitotika). To obdobje traja praviloma vedno manj kot druga. Včasih povsem izpade.

Trajanje časa generiranja

Z drugimi besedami, toliko časa traja življenjski cikel celice. Trajanje generacijskega časa, pa tudi posamezna obdobja, zavzemajo različne vrednosti za različne celice. To je razvidno iz spodnje tabele.

Pika				Čas generiranja	Vrsta celične populacije
predsintetsko obdobje interfaze	sintetično interfazno obdobje	postsintetično obdobje interfaze	mitoza
					kožni epitelij
					dvanajstniku
					Tanko črevo
					jetrne celice 3 tedne stare živali

Najkrajši življenjski cikel celice je torej v kambiju. Zgodi se, da tretje obdobje popolnoma izpade - postsintetično. Na primer, pri 3-tedenski podgani v celicah jeter se zmanjša na pol ure, medtem ko je trajanje generacijskega časa 21,5 ure.Trajanje sintetičnega obdobja je najbolj stabilno.

V drugih situacijah v prvem obdobju (presintetično) celica kopiči lastnosti za izvajanje določenih funkcij, kar je posledica dejstva, da postane njena struktura bolj zapletena. Če specializacija ni šla predaleč, lahko gre skozi celoten življenjski cikel celice z nastankom 2 novih celic v mitozi. V tem primeru se lahko prvo obdobje znatno poveča. Na primer, v celicah kožnega epitelija miši čas generiranja, in sicer 585,6 ure, pade na prvo obdobje - presintetično, v celicah pokostnice podganjega mladiča pa 102 uri od 114.

Glavni del tega časa se imenuje G0-obdobje - to je izvajanje intenzivne specifične celične funkcije. Veliko jetrnih celic je v tem obdobju, zaradi česar so izgubile sposobnost mitoze.

Če odstranimo del jeter, bo večina njihovih celic polno živela, najprej v sintetičnem, nato v postsintetskem obdobju in na koncu mitotičnega procesa. Torej je bila za različne vrste celičnih populacij že dokazana reverzibilnost takšnega obdobja G0. V drugih situacijah se stopnja specializacije tako močno poveča, da se v tipičnih pogojih celice ne morejo več deliti mitotično. Občasno se v njih pojavi endoreprodukcija. Pri nekaterih se ponovi več kot enkrat, kromosomi se tako odebelijo, da jih lahko vidimo z navadnim svetlobnim mikroskopom.

Tako smo izvedeli, da v življenjskem ciklu celice interfazo spremljajo tri obdobja: predsintetično, sintetično in postsintetično.

delitev celic

Je osnova za razmnoževanje, regeneracijo, prenos dednih informacij, razvoj. Sama celica obstaja le v vmesnem obdobju med delitvami.

Življenjski cikel (celična delitev) - obdobje obstoja zadevne enote (začne se od trenutka njenega pojava z delitvijo matične celice), vključno s samo delitvijo. Konča se z lastno delitvijo ali smrtjo.

Faze celičnega cikla

Samo šest jih je. Znane so naslednje faze življenjskega cikla celice:

Trajanje življenjskega cikla, pa tudi število faz v njem, ima vsaka celica svoje. Torej, v živčnem tkivu se celice na koncu začetnega embrionalnega obdobja nehajo deliti, nato delujejo le skozi celotno življenje samega organizma in nato odmrejo. Toda celice zarodka v fazi drobljenja najprej dokončajo 1 delitev, nato pa takoj, mimo preostalih faz, nadaljujejo z naslednjo.

Metode delitve celic

Od samo dveh:

1. Mitoza je posredna delitev celic.
2. Mejoza- to je značilno za takšno fazo, kot je zorenje zarodnih celic, delitev.

Zdaj bomo izvedeli več o tem, kaj sestavlja življenjski cikel celice - mitoza.

Posredna delitev celic

Mitoza je posredna delitev somatskih celic. To je neprekinjen proces, katerega rezultat je najprej podvojitev, nato enaka porazdelitev dednega materiala med hčerinskimi celicami.

Biološki pomen posredne celične delitve

To je naslednje:

1. Rezultat mitoze je nastanek dveh celic, od katerih ima vsaka enako število kromosomov kot mati. Njihovi kromosomi nastanejo z natančno replikacijo materine DNK, zaradi česar geni hčerinskih celic vsebujejo enake dedne informacije. So genetsko enaki matični celici. Torej lahko rečemo, da mitoza zagotavlja identiteto prenosa dednih informacij na hčerinske celice od matere.

2. Rezultat mitoz je določeno število celic v ustreznem organizmu – to je eden najpomembnejših mehanizmov rasti.

3. Veliko število živali in rastlin se razmnožuje ravno nespolno z mitotično delitvijo celic, zato je mitoza osnova vegetativnega razmnoževanja.

4. To je mitoza, ki zagotavlja popolno regeneracijo izgubljenih delov, pa tudi nadomestitev celic, ki se v določeni meri pojavlja pri vseh večceličnih organizmih.

Tako je postalo znano, da je življenjski cikel somatske celice sestavljen iz mitoze in interfaze.

Mehanizem mitoze

Delitev citoplazme in jedra sta 2 neodvisna procesa, ki potekata neprekinjeno, zaporedno. Toda za udobje preučevanja dogodkov, ki se zgodijo v obdobju delitve, je umetno razdeljen na 4 stopnje: pro-, meta-, ana-, telofazo. Njihovo trajanje je odvisno od vrste tkiva, zunanjih dejavnikov, fiziološkega stanja. Najdaljši sta prvi in ​​zadnji.

Profaza

Opazno je povečanje jedra. Zaradi spiralizacije pride do zbijanja in krajšanja kromosomov. V kasnejši profazi je že jasno vidna zgradba kromosomov: 2 kromatidi, ki sta povezani s centromero. Začne se premikanje kromosomov proti ekvatorju celice.

Iz citoplazemskega materiala v profazi (pozno) nastane delitveno vreteno, ki nastane s sodelovanjem centriolov (v živalskih celicah, v številnih nižjih rastlinah) ali brez njih (celice nekaterih protozojev, višjih rastlin). Nato se iz centriolov začnejo pojavljati vretenasta vlakna 2 tipa, natančneje:

• nosilec, ki povezuje celične pole;
• kromosomske (vlečenje), ki v metafazi prehajajo v kromosomske centromere.

Na koncu te faze jedrska membrana izgine in kromosomi se prosto nahajajo v citoplazmi. Običajno jedro izgine nekoliko prej.

metafaza

Njegov začetek je izginotje jedrske ovojnice. Kromosomi se najprej poravnajo v ekvatorialni ravnini in tvorijo metafazno ploščo. V tem primeru so kromosomski centromeri strogo nameščeni v ekvatorialni ravnini. Vretenska vlakna se pritrdijo na kromosomske centromere in nekatera od njih prehajajo z enega pola na drugega, ne da bi bila pritrjena.

Anafaza

Njegov začetek je delitev centromer kromosomov. Posledično se kromatide spremenijo v dva ločena hčerinska kromosoma. Nadalje se slednji začnejo razhajati proti celičnim polom. Praviloma imajo v tem času posebno obliko V. To odstopanje se izvede s pospeševanjem niti vretena. Hkrati se podporne niti podaljšajo, kar povzroči razdaljo polov drug od drugega.

Telofaza

Tu se kromosomi zberejo na celičnih polih, nato pa se disspiralizirajo. Nato se uniči delitveno vreteno. Jedrska ovojnica hčerinskih celic se oblikuje okoli kromosomov. S tem se zaključi kariokineza, ki ji sledi citokineza.

Mehanizmi vstopa virusa v celico

Samo dva sta:

1. S fuzijo virusne superkapside in celične membrane. Posledično se nukleokapsid sprosti v citoplazmo. Nato opazimo realizacijo lastnosti genoma virusa.

2. Skozi pinocitozo (receptorsko posredovana endocitoza). Tu se virus veže na mesto obrobljene fose z receptorji (specifičnimi). Slednji se izboči v celico, nato pa se spremeni v tako imenovani obrobljeni vezikel. Ta pa vsebuje zajeti virion, ki se zlije z začasnim vmesnim mehurčkom, imenovanim endosom.

Intracelularna replikacija virusa

Po vstopu v celico genom virusa svoje življenje popolnoma podredi lastnim interesom. Prek sistema celice za sintezo beljakovin in njenih sistemov za ustvarjanje energije uteleša lastno reprodukcijo, pri čemer praviloma žrtvuje življenje celice.

Spodnja slika prikazuje življenjski cikel virusa v gostiteljski celici (semliški gozdovi – predstavnik rodu Alphvirus). Njegov genom predstavlja enoverižna pozitivna nefragmentirana RNA. Tam je virion opremljen s superkapsido, ki je sestavljena iz lipidnega dvosloja. Skozi njo prehaja približno 240 kopij številnih glikoproteinskih kompleksov. Virusni življenjski cikel se začne z njegovo absorpcijo na membrani gostiteljske celice, kjer se veže na proteinski receptor. Prodiranje v celico poteka s pinocitozo.

Zaključek

V članku je obravnavan življenjski cikel celice, opisane so njegove faze. Podrobno je opisano vsako obdobje medfaze.

celični cikel

Celični cikel je obdobje obstoja celice od trenutka njenega nastanka z delitvijo matične celice do lastne delitve ali smrti. Vsebina [prikaži]

Dolžina evkariontskega celičnega cikla

Dolžina celičnega cikla se razlikuje od celice do celice. Hitro proliferirajoče celice odraslih organizmov, kot so hematopoetske ali bazalne celice povrhnjice in tankega črevesa, lahko vstopijo v celični cikel vsakih 12-36 ur.Kratke celične cikle (približno 30 minut) opazimo med hitro fragmentacijo jajčec iglokožcev, dvoživke in druge živali. V eksperimentalnih pogojih ima veliko linij celične kulture kratek celični cikel (približno 20 ur). V večini celic, ki se aktivno delijo, je obdobje med mitozami približno 10-24 ur.

Faze evkariontskega celičnega cikla

Evkariontski celični cikel je sestavljen iz dveh obdobij:

Obdobje rasti celic, imenovano "interfaza", med katerim se sintetizirajo DNK in beljakovine ter opravijo priprave za delitev celic.

Obdobje delitve celic, imenovano "faza M" (iz besede mitoza - mitoza).

Interfaza je sestavljena iz več obdobij:

G1-faza (iz angleške vrzeli - vrzel) ali faza začetne rasti, med katero se sintetizirajo mRNA, beljakovine in druge celične komponente;

S-faza (iz angleške sinteze - sintetična), med katero se replicira DNK celičnega jedra, podvojijo se tudi centrioli (če seveda obstajajo).

G2-faza, med katero poteka priprava na mitozo.

Diferencirane celice, ki se ne delijo več, morda nimajo faze G1 v celičnem ciklu. Takšne celice so v fazi mirovanja G0.

Obdobje celične delitve (faza M) vključuje dve stopnji:

mitoza (delitev celičnega jedra);

citokineza (delitev citoplazme).

Po drugi strani je mitoza razdeljena na pet stopenj, in vivo teh šest stopenj tvori dinamično zaporedje.

Opis celične delitve temelji na podatkih svetlobne mikroskopije v kombinaciji z mikrofilmanjem ter na rezultatih svetlobne in elektronske mikroskopije fiksiranih in obarvanih celic.

Regulacija celičnega cikla

Naravno zaporedje spreminjanja obdobij celičnega cikla se izvaja z interakcijo proteinov, kot so od ciklina odvisne kinaze in ciklini. Celice v fazi G0 lahko vstopijo v celični cikel, če so izpostavljene rastnim faktorjem. Različni rastni faktorji, kot so trombocitni, epidermalni in živčni rastni faktorji, z vezavo na svoje receptorje sprožijo intracelularno signalno kaskado, ki končno vodi do transkripcije genov za cikline in od ciklin odvisnih kinaz. Od ciklina odvisne kinaze postanejo aktivne le ob interakciji z ustreznimi ciklini. Vsebnost različnih ciklinov v celici se spreminja skozi celoten celični cikel. Ciklin je regulatorna komponenta kompleksa ciklin-ciklin-odvisne kinaze. Kinaza je katalitična komponenta tega kompleksa. Kinaze niso aktivne brez ciklinov. V različnih fazah celičnega cikla se sintetizirajo različni ciklini. Tako vsebnost ciklina B v žabjih oocitih doseže največjo vrednost v času mitoze, ko se sproži celotna kaskada reakcij fosforilacije, ki jih katalizira kompleks ciklin B/ciklin-odvisne kinaze. Proteaze do konca mitoze hitro razgradijo ciklin.

Kontrolne točke celičnega cikla

Za določitev zaključka vsake faze celičnega cikla so potrebne kontrolne točke v njej. Če celica "prestane" kontrolno točko, potem nadaljuje "premik" skozi celični cikel. Če pa nekatere okoliščine, kot je poškodba DNK, preprečijo prehod celice skozi kontrolno točko, ki jo lahko primerjamo z nekakšno kontrolno točko, potem se celica ustavi in ​​ne nastopi druga faza celičnega cikla, vsaj dokler odstranijo se ovire, ki preprečujejo prehod kletke skozi kontrolno točko. Obstajajo vsaj štiri kontrolne točke celičnega cikla: kontrolna točka v G1, kjer se preveri celovitost DNK pred vstopom v S-fazo, kontrolna točka v S-fazi, kjer se preveri pravilnost podvajanja DNK, kontrolna točka v G2, kjer se preverijo zamujene poškodbe. pri prehodu prejšnjih kontrolnih točk ali pridobljenih v naslednjih fazah celičnega cikla. V fazi G2 je zaznana popolnost replikacije DNA in celice, v katerih je DNA premalo replicirana, ne vstopijo v mitozo. Na kontrolni točki sklopa vretena se preveri, ali so vse kinetohore pritrjene na mikrotubule.

Motnje celičnega cikla in nastanek tumorjev

Povečanje sinteze proteina p53 povzroči indukcijo sinteze proteina p21, zaviralca celičnega cikla.

Kršitev normalne regulacije celičnega cikla je vzrok večine solidnih tumorjev. V celičnem ciklu, kot je bilo že omenjeno, je prehod kontrolnih točk možen le, če so prejšnje stopnje normalno zaključene in ni okvar. Za tumorske celice so značilne spremembe v komponentah kontrolnih točk celičnega cikla. Ko so kontrolne točke celičnega cikla inaktivirane, opazimo disfunkcijo nekaterih tumorskih supresorjev in protoonkogenov, zlasti p53, pRb, Myc in Ras. Protein p53 je eden od transkripcijskih faktorjev, ki sproži sintezo proteina p21, ki je zaviralec kompleksa CDK-ciklin, kar povzroči zaustavitev celičnega cikla v obdobju G1 in G2. Tako celica, katere DNK je poškodovana, ne preide v S fazo. Ko mutacije povzročijo izgubo genov za protein p53 ali ko se spremenijo, ne pride do blokade celičnega cikla, celice vstopijo v mitozo, kar vodi do pojava mutiranih celic, od katerih večina ni sposobna preživetja, druge pa povzročijo nastanek malignih celic. .

Ciklini so družina proteinov, ki so aktivatorji ciklin-odvisnih protein kinaz (CDK) (CDK - cyclin-dependent kinases) - ključnih encimov, ki sodelujejo pri regulaciji evkariontskega celičnega cikla. Ciklini so dobili ime zaradi dejstva, da se njihova znotrajcelična koncentracija občasno spreminja, ko celice prehajajo skozi celični cikel, in dosežejo največjo vrednost na določenih stopnjah.

Katalitska podenota ciklin-odvisne protein kinaze se delno aktivira kot posledica interakcije z molekulo ciklina, ki tvori regulatorno podenoto encima. Tvorba tega heterodimera postane možna, ko ciklin doseže kritično koncentracijo. Kot odziv na zmanjšanje koncentracije ciklina se encim inaktivira. Za popolno aktivacijo od ciklina odvisne protein kinaze mora priti do specifične fosforilacije in defosforilacije določenih aminokislinskih ostankov v polipeptidnih verigah tega kompleksa. Eden izmed encimov, ki izvaja tovrstne reakcije, je CAK kinaza (CAK – CDK activating kinase).

Od ciklina odvisna kinaza

Od ciklina odvisne kinaze (CDK) so skupina proteinov, ki jih regulirajo ciklin in ciklinu podobne molekule. Večina CDK je vključenih v faze celičnega cikla; uravnavajo tudi transkripcijo in obdelavo mRNA. CDK so serin/treonin kinaze, ki fosforilirajo ustrezne beljakovinske ostanke. Poznamo več CDK, od katerih vsako po dosegu kritične koncentracije aktivira eden ali več ciklinov in drugih podobnih molekul, večinoma pa so CDK homologne, razlikujejo pa se predvsem po konfiguraciji vezavnega mesta za ciklin. Kot odziv na zmanjšanje znotrajcelične koncentracije določenega ciklina pride do reverzibilne inaktivacije ustreznega CDK. Če CDK aktivira skupina ciklinov, vsaka od njih, kot da medsebojno prenaša proteinske kinaze, vzdržuje CDK v aktiviranem stanju dolgo časa. Takšni valovi aktivacije CDK se pojavijo med fazama G1 in S celičnega cikla.

Seznam CDK in njihovih regulatorjev

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 (ali neposredna celična delitev) se v somatskih evkariontskih celicah pojavlja manj pogosto kot mitoza. Prvič ga je opisal nemški biolog R. Remak leta 1841, izraz je predlagal histolog. W. Flemming kasneje - leta 1882. V večini primerov amitozo opazimo v celicah z zmanjšano mitotično aktivnostjo: to so starajoče se ali patološko spremenjene celice, pogosto obsojene na smrt (celice embrionalnih membran sesalcev, tumorske celice itd.). Med amitozo je interfazno stanje jedra morfološko ohranjeno, nukleolus in jedrna membrana sta jasno vidni. Replikacija DNK je odsotna. Spiralizacija kromatina se ne pojavi, kromosomi niso odkriti. Celica ohrani svojo inherentno funkcionalno aktivnost, ki med mitozo skoraj popolnoma izgine. Med amitozo se deli le jedro in to brez nastanka cepitvenega vretena, zato se dedni material porazdeli naključno. Odsotnost citokineze povzroči nastanek binuklearnih celic, ki posledično ne morejo vstopiti v normalen mitotični cikel. Pri ponavljajočih se amitozah lahko nastanejo večjedrne celice.

Ta koncept se je še vedno pojavljal v nekaterih učbenikih do osemdesetih let prejšnjega stoletja. Trenutno velja, da so vsi pojavi, ki jih pripisujemo amitozi, posledica napačne interpretacije nezadostno pripravljenih mikroskopskih preparatov ali interpretacije pojavov, ki spremljajo uničenje celic ali druge patološke procese, kot delitev celic. Hkrati nekaterih različic evkariontske jedrske fisije ni mogoče imenovati mitoza ali mejoza. Takšna je na primer delitev makronukleusov mnogih ciliatov, kjer brez tvorbe vretena pride do ločevanja kratkih fragmentov kromosomov.

celični cikel

Celični cikel je sestavljen iz mitoze (M-faza) in interfaze. V interfazi se zaporedno razlikujejo faze G 1 , S in G 2 .

STOPNJE CELIČNEGA CIKLA

Interfaza

G 1 sledi telofazi mitoze. V tej fazi celica sintetizira RNA in beljakovine. Trajanje faze je od nekaj ur do nekaj dni.

G 2 celice lahko izstopijo iz cikla in so v fazi G 0 . V fazi G 0 celice se začnejo diferencirati.

S. V fazi S se v celici nadaljuje sinteza beljakovin, pride do replikacije DNA in centrioli se ločijo. V večini celic S faza traja 8-12 ur.

G 2 . V fazi G 2 se nadaljuje sinteza RNA in beljakovin (na primer sinteza tubulina za mikrotubule mitotskega vretena). Hčerinske centriole dosežejo velikost dokončnih organelov. Ta faza traja 2-4 ure.

MITOZA

Med mitozo se jedro (kariokineza) in citoplazma (citokineza) delita. Faze mitoze: profaza, prometafaza, metafaza, anafaza, telofaza.

Profaza. Vsak kromosom je sestavljen iz dveh sestrskih kromatid, povezanih s centromero, nukleolus izgine. Centrioli organizirajo mitotično vreteno. Par centriolov je del mitotskega središča, iz katerega se radialno raztezajo mikrotubuli. Najprej se mitotični centri nahajajo v bližini jedrske membrane, nato pa se razhajajo in nastane bipolarno mitotično vreteno. Ta proces vključuje polarne mikrotubule, ki delujejo med seboj, ko se podaljšajo.

Centriole je del centrosoma (centrosom vsebuje dva centriola in pericentriolni matriks) in ima obliko valja s premerom 15 nm in dolžino 500 nm; stena valja je sestavljena iz 9 trojčkov mikrotubulov. V centrosomu se centrioli nahajajo pravokotno drug na drugega. Med fazo S celičnega cikla se centrioli podvojijo. V mitozi se pari centriolov, od katerih je vsak sestavljen iz prvotnega in na novo oblikovanega, razhajajo do polov celice in sodelujejo pri tvorbi mitotskega vretena.

prometafaza. Jedrska ovojnica razpade na majhne drobce. Kinetohore se pojavijo v območju centromere, ki delujejo kot središča za organizacijo kinetohorskih mikrotubulov. Odhod kinetohorov iz vsakega kromosoma v obe smeri in njihova interakcija s polarnimi mikrotubuli mitotskega vretena je razlog za premikanje kromosomov.

metafaza. Kromosomi se nahajajo na ekvatorju vretena. Oblikuje se metafazna plošča, v kateri vsak kromosom drži par kinetohorov in pripadajoči kinetohorski mikrotubuli, usmerjeni na nasprotna pola mitotičnega vretena.

Anafaza– segregacija hčerinskih kromosomov na pole mitotskega vretena s hitrostjo 1 µm/min.

Telofaza. Kromatide se približajo polom, kinetohorski mikrotubuli izginejo, poli pa se še naprej podaljšujejo. Nastane jedrska membrana, pojavi se nukleolus.

citokineza- delitev citoplazme na dva ločena dela. Proces se začne v pozni anafazi ali telofazi. Plazmalema je potegnjena med dve hčerinski jedri v ravnini, ki je pravokotna na dolgo os vretena. Cepitvena brazda se poglobi, med hčerinskimi celicami pa ostane most – preostalo telesce. Nadaljnje uničenje te strukture vodi do popolne delitve hčerinskih celic.

Regulatorji celične delitve

Proliferacijo celic, ki se pojavi z mitozo, strogo uravnavajo različni molekularni signali. Usklajeno delovanje teh več regulatorjev celičnega cikla zagotavlja tako prehajanje celic iz faze v fazo celičnega cikla kot tudi natančno izvedbo dogodkov vsake faze. Glavni razlog za pojav proliferativnih nenadzorovanih celic je mutacija genov, ki kodirajo strukturo regulatorjev celičnega cikla. Regulatorje celičnega ciklusa in mitoze delimo na intracelularne in medcelične. Znotrajcelični molekularni signali so številni, med njimi je treba omeniti predvsem regulatorje celičnega cikla (cikline, od ciklina odvisne protein kinaze, njihove aktivatorje in inhibitorje) ter onkosupresorje.

MEJOZA

Mejoza proizvaja haploidne gamete.

prva delitev mejoze

Prva delitev mejoze (profaza I, metafaza I, anafaza I in telofaza I) je redukcijska.

Profazajaz zaporedoma gre skozi več stopenj (leptoten, zigoten, pahiten, diploten, diakineza).

Leptotena - kromatin kondenzira, je vsak kromosom sestavljen iz dveh kromatid, povezanih s centromero.

Zygoten- homologni parni kromosomi se približajo in pridejo v fizični stik ( sinapsa) v obliki sinaptonemskega kompleksa, ki zagotavlja konjugacijo kromosomov. Na tej stopnji dva sosednja para kromosomov tvorita bivalent.

pahiten Kromosomi se zaradi spiralizacije odebelijo. Ločeni odseki konjugiranih kromosomov se križajo med seboj in tvorijo chiasmata. Tukaj se dogaja prečkati- izmenjava mest med homolognimi kromosomi očeta in matere.

Diploten– ločitev konjugiranih kromosomov v vsakem paru kot posledica vzdolžne cepitve sinaptonemskega kompleksa. Kromosomi so razcepljeni po celotni dolžini kompleksa, z izjemo chiasmata. Kot del bivalenta so jasno razločljive 4 kromatide. Tak dvovalenten se imenuje tetrada. V kromatidah se pojavijo odvijalna mesta, kjer se sintetizira RNA.

Diakineza. Procesi krajšanja kromosomov in cepitve kromosomskih parov se nadaljujejo. Chiasmati se premaknejo na konce kromosomov (terminalizacija). Jedrska membrana je uničena, nukleolus izgine. Pojavi se mitotično vreteno.

metafazajaz. V metafazi I tvorijo tetrade metafazno ploščo. Na splošno so očetovski in materinski kromosomi naključno razporejeni na obeh straneh ekvatorja mitotičnega vretena. Ta vzorec porazdelitve kromosomov je osnova drugega Mendelovega zakona, ki (skupaj s crossingoverjem) zagotavlja genetske razlike med posamezniki.

Anafazajaz se od anafaze mitoze razlikuje po tem, da se med mitozo sestrske kromatide razhajajo proti poloma. V tej fazi mejoze se nedotaknjeni kromosomi premaknejo na poli.

Telofazajaz se ne razlikuje od telofaze mitoze. Nastanejo jedra s 23 konjugiranimi (podvojenimi) kromosomi, pride do citokineze in nastanejo hčerinske celice.

Druga delitev mejoze.

Druga delitev mejoze - enačna - poteka na enak način kot mitoza (profaza II, metafaza II, anafaza II in telofaza), vendar veliko hitreje. Hčerinske celice prejmejo haploiden nabor kromosomov (22 avtosomov in en spolni kromosom).