Cykl życia komórki: fazy, okresy. Cykl życiowy wirusa w komórce gospodarza. Cykl komórkowy - mitoza: opis faz G0, G1, G2, S Cykl komórkowy i jego stadium

cykl komórkowy(cyclus cellularis) to okres od jednego podziału komórki do drugiego, czyli okres od podziału komórki do jej śmierci. Cykl komórkowy dzieli się na 4 okresy.

Pierwszy okres jest mitotyczny;

2. - postmitotyczny lub presyntetyczny, jest oznaczony literą G1;

3. - syntetyczny, oznaczony literą S;

4. - postsyntetyczny lub pretotyczny, jest oznaczony literą G 2,

i okres mitotyczny - litera M.

Po mitozie rozpoczyna się następny okres G1. W tym okresie komórka potomna ma 2 razy mniejszą masę niż komórka macierzysta. W tej komórce jest 2 razy mniej białka, DNA i chromosomów, czyli normalnie powinna mieć 2n chromosomów i DNA - 2s.

Co dzieje się w okresie G1? W tym czasie na powierzchni DNA zachodzi transkrypcja RNA, które biorą udział w syntezie białek. Z powodu białek zwiększa się masa komórki potomnej. W tym czasie syntetyzowane są prekursory DNA i enzymy biorące udział w syntezie DNA i prekursorów DNA. Główne procesy w okresie G1 to synteza białek i receptorów komórkowych. Potem przychodzi okres S. W tym okresie zachodzi replikacja DNA chromosomu. W rezultacie pod koniec okresu S zawartość DNA wynosi 4c. Ale będą chromosomy 2p, chociaż w rzeczywistości będzie też 4p, ale DNA chromosomów w tym okresie jest tak wzajemnie splecione, że każdy siostrzany chromosom w chromosomie matki nie jest jeszcze widoczny. Wraz ze wzrostem ich liczby w wyniku syntezy DNA i transkrypcji rybosomalnych, informacyjnych i transportowych RNA, naturalnie wzrasta również synteza białek. W tym czasie może wystąpić podwojenie centrioli w komórkach. Zatem komórka z okresu S wchodzi w okres G 2 . Na początku okresu G 2 trwa aktywny proces transkrypcji różnych RNA oraz proces syntezy białek, głównie białek tubuliny, które są niezbędne do wrzeciona podziałowego. Może wystąpić podwojenie centrioli. W mitochondriach intensywnie syntetyzowany jest ATP, który jest źródłem energii, a energia jest niezbędna do mitotycznych podziałów komórkowych. Po okresie G2 komórka wchodzi w okres mitotyczny.

Niektóre komórki mogą wyjść z cyklu komórkowego. Wyjście komórki z cyklu komórkowego oznacza się literą G0. Komórka wchodząca w ten okres traci zdolność do mitozy. Co więcej, niektóre komórki tracą zdolność do mitozy czasowo, inne na stałe.

W przypadku, gdy komórka czasowo traci zdolność do podziału mitotycznego, przechodzi wstępne różnicowanie. W tym przypadku zróżnicowana komórka specjalizuje się w wykonywaniu określonej funkcji. Po początkowym zróżnicowaniu komórka ta jest w stanie powrócić do cyklu komórkowego i wejść w okres Gj, a po przejściu okresu S i okresu G2 przejść podział mitotyczny.

Gdzie w organizmie znajdują się komórki w okresie G 0? Komórki te znajdują się w wątrobie. Ale jeśli wątroba zostanie uszkodzona lub jej część zostanie usunięta chirurgicznie, wówczas wszystkie komórki, które przeszły wstępne różnicowanie, wracają do cyklu komórkowego, a dzięki ich podziałowi komórki miąższu wątroby są szybko odbudowywane.

Komórki macierzyste również znajdują się w okresie G 0, ale gdy komórka macierzysta zaczyna się dzielić, przechodzi przez wszystkie okresy międzyfazowe: G1, S, G 2 .

Te komórki, które ostatecznie tracą zdolność do podziału mitotycznego, najpierw przechodzą wstępne różnicowanie i pełnią określone funkcje, a następnie ostateczne różnicowanie. Przy końcowym różnicowaniu komórka nie może powrócić do cyklu komórkowego i ostatecznie umiera. Gdzie znajdują się te komórki w organizmie? Po pierwsze, są to komórki krwi. Granulocyty krwi, które przeszły funkcję różnicowania przez 8 dni, a następnie umierają. Erytrocyty krwi funkcjonują przez 120 dni, po czym również obumierają (w śledzionie). Po drugie, są to komórki naskórka skóry. Komórki naskórka przechodzą najpierw wstępne, a następnie końcowe różnicowanie, w wyniku którego przekształcają się w zrogowaciałe łuski, które następnie złuszczają się z powierzchni naskórka. W naskórku skóry komórki mogą znajdować się w okresie G0, okresie G1, okresie G2 i okresie S.

Tkanki z szybko dzielącymi się komórkami są bardziej dotknięte niż tkanki z rzadko dzielącymi się komórkami, ponieważ szereg czynników chemicznych i fizycznych niszczy mikrotubule wrzeciona.

MITOZA

Mitoza zasadniczo różni się od podziału bezpośredniego lub amitozy tym, że podczas mitozy zachodzi równomierna dystrybucja materiału chromosomalnego między komórkami potomnymi. Mitoza dzieli się na 4 fazy. nazywa się 1 faza profaza 2. miejsce - metafaza 3 miejsce - anafaza, 4 miejsce - telofaza.

Jeżeli komórka ma pół(haploidalny) zestaw chromosomów, składający się z 23 chromosomów (komórek płciowych), to taki zestaw jest oznaczony symbolem W chromosomach i 1c DNA, jeśli diploidalny - 2n chromosomów i 2c DNA (komórki somatyczne bezpośrednio po mitozie podział), aneuploidalny zestaw chromosomów - w nieprawidłowych komórkach.

profaza. Profaza dzieli się na wczesną i późną. Podczas wczesnej profazy chromosomy spiralizują się i stają się widoczne w postaci cienkich nitek i tworzą gęstą kulę, tj. Tworzy się gęsta kula. Wraz z początkiem późnej profazy chromosomy spiralizują się jeszcze bardziej, w wyniku czego zamykają się geny organizatorów chromosomów jąderkowych. Dlatego transkrypcja rRNA i tworzenie podjednostek chromosomów ustają, a jąderko zanika. W tym samym czasie dochodzi do fragmentacji otoczki jądrowej. Fragmenty otoczki jądrowej zwijają się w małe wakuole. W cytoplazmie zmniejsza się ilość ziarnistego ER. Cysterny ziarnistego ER są podzielone na mniejsze struktury. Liczba rybosomów na powierzchni błon ER gwałtownie spada. Prowadzi to do zmniejszenia syntezy białek o 75%. W tym czasie następuje podwojenie centrum komórki. Powstałe 2 centra komórkowe zaczynają się rozchodzić w kierunku biegunów. Każde z nowo powstałych centrów komórkowych składa się z 2 centrioli: matczynej i córki.

Przy udziale centrów komórkowych zaczyna tworzyć się wrzeciono podziałowe, które składa się z mikrotubul. Chromosomy nadal spiralnie się kręcą, w wyniku czego powstaje luźna plątanina chromosomów, zlokalizowana w cytoplazmie. Tak więc późna profaza charakteryzuje się luźnym splotem chromosomów.

Metafaza. Podczas metafazy chromatydy matczynych chromosomów stają się widoczne. Chromosomy matki układają się w płaszczyźnie równika. Jeśli spojrzysz na te chromosomy od strony równika komórki, to są one postrzegane jako płyta równikowa(blaszka równikowa). W przypadku, gdy spojrzysz na tę samą płytkę z boku słupa, jest ona postrzegana jako gwiazda matka(klasztor). Podczas metafazy tworzenie wrzeciona rozszczepienia jest zakończone. We wrzecionie podziału widoczne są 2 rodzaje mikrotubul. Niektóre mikrotubule powstają z centrum komórki, czyli z centrioli i są to tzw mikrotubule centriolarne(mikrotubule cenriolaris). Inne mikrotubule zaczynają tworzyć się z chromosomów kinetochoru. Co to są kinetochory? W obszarze pierwotnych przewężeń chromosomów występują tak zwane kinetochory. Te kinetochory mają zdolność indukowania samoorganizacji mikrotubul. Tu zaczynają się mikrotubule, które rosną w kierunku centrów komórkowych. Zatem końce mikrotubul kinetochoru rozciągają się między końcami mikrotubul centriolarnych.

Anafaza. Podczas anafazy następuje jednoczesne rozdzielenie chromosomów potomnych (chromatyd), które zaczynają przesuwać się jeden na jeden, inne na drugi biegun. W tym przypadku pojawia się gwiazda podwójna, czyli 2 gwiazdy potomne (diastr). Ruch gwiazd odbywa się z powodu wrzeciona podziału i faktu, że same bieguny komórki są nieco oddalone od siebie.

Mechanizm, ruch gwiazd potomnych. Ruch ten zapewnia fakt, że końce mikrotubul kinetochoru ślizgają się po końcach mikrotubul centriolarnych i przyciągają chromatydy gwiazd potomnych w kierunku biegunów.

telofaza. Podczas telofazy ruch gwiazd potomnych zatrzymuje się i zaczynają tworzyć się jądra. Chromosomy ulegają despiralizacji, wokół chromosomów zaczyna tworzyć się otoczka jądrowa (nukleolema). Ponieważ włókna DNA chromosomów ulegają despiralizacji, rozpoczyna się transkrypcja

RNA na odkrytych genach. Ponieważ włókna DNA chromosomów są despiralizowane, rRNA zaczyna być transkrybowany w postaci cienkich nici w obszarze organizatorów jąderkowych, tj. Tworzy się aparat włóknisty jąderka. Następnie białka rybosomalne są transportowane do fibryli rRNA, które są kompleksowane z rRNA, w wyniku czego powstają podjednostki rybosomu, czyli powstaje ziarnisty składnik jąderka. Dzieje się tak już w późnej telofazie. cytotomia, tj. tworzenie zwężeń. Wraz z utworzeniem zwężenia wzdłuż równika, cytolemma jest wklęsła. Mechanizm inwazji jest następujący. Wzdłuż równika są tonofilamenty, składające się z kurczliwych białek. To właśnie te tonofilamenty przyciągają cytolemmę. Następnie następuje oddzielenie cytolemmy jednej komórki potomnej od innej takiej komórki potomnej. Tak więc w wyniku mitozy powstają nowe komórki potomne. Komórki potomne mają 2 razy mniejszą masę w porównaniu z komórkami macierzystymi. Mają też mniej DNA – odpowiada 2c, a o połowę mniej chromosomów – odpowiada 2n. W ten sposób podział mitotyczny kończy cykl komórkowy.

Biologiczne znaczenie mitozy polega na tym, że w wyniku podziału organizm rośnie, fizjologiczna i naprawcza regeneracja komórek, tkanek i narządów.

Biologiczne znaczenie podziału komórki. Nowe komórki powstają w wyniku podziału istniejących. Jeśli organizm jednokomórkowy się podzieli, powstają z niego dwa nowe. Organizm wielokomórkowy również zaczyna swój rozwój najczęściej od pojedynczej komórki. Poprzez powtarzające się podziały powstaje ogromna liczba komórek, które tworzą ciało. Podział komórek zapewnia reprodukcję i rozwój organizmów, a co za tym idzie ciągłość życia na Ziemi.

cykl komórkowy- życie komórki od momentu jej powstania w procesie podziału komórki macierzystej do własnego podziału (w tym tego podziału) lub śmierci.

Podczas tego cyklu każda komórka rośnie i rozwija się w taki sposób, aby z powodzeniem pełnić swoje funkcje w organizmie. Ponadto komórka funkcjonuje przez pewien czas, po czym albo dzieli się, tworząc komórki potomne, albo umiera.

Różne rodzaje organizmów mają różne czasy cyklu komórkowego, np. bakteria trwa około 20 minut buty orzęskowe- od 10 do 20 h. Komórki organizmów wielokomórkowych we wczesnych stadiach rozwoju często się dzielą, a wtedy cykle komórkowe ulegają znacznemu wydłużeniu. Na przykład bezpośrednio po urodzeniu osoby komórki mózgowe dzielą się ogromną liczbę razy: 80% neuronów mózgowych powstaje w tym okresie. Jednak większość z tych komórek szybko traci zdolność do dzielenia się, a niektóre przeżywają do naturalnej śmierci organizmu nie dzieląc się wcale.

Cykl komórkowy składa się z interfazy i mitozy (ryc. 54).

Interfaza- odstęp cyklu komórkowego między dwoma podziałami. Podczas całej interfazy chromosomy nie są spiralizowane, znajdują się w jądrze komórkowym w postaci chromatyny. Z reguły interfaza składa się z trzech okresów: przedsyntetycznego, syntetycznego i postsyntetycznego.

Okres presyntetyczny (G,) jest najdłuższą częścią interfazy. Może trwać w różnych typach komórek od 2-3 godzin do kilku dni. W tym okresie komórka rośnie, zwiększa się w niej liczba organelli, gromadzi się energia i substancje do późniejszej duplikacji DNA.W okresie Gj każdy chromosom składa się z jednej chromatydy, tj. liczba chromosomów ( P) i chromatydy (Z) mecze. Zestaw chromosomów i chromo-

matid (cząsteczki DNA) diploidalnej komórki w okresie G r cyklu komórkowego można wyrazić na piśmie 2p2s.

W okresie syntetycznym (S) Następuje duplikacja DNA, a także synteza białek niezbędnych do późniejszego tworzenia chromosomów. W w tym samym okresie następuje podwojenie centrioli.

Duplikacja DNA nazywa się replikacja. Podczas replikacji specjalne enzymy oddzielają dwie nici pierwotnej macierzystej cząsteczki DNA, rozrywając wiązania wodorowe między komplementarnymi nukleotydami. Cząsteczki polimerazy DNA, głównego enzymu replikacyjnego, wiążą się z rozdzielonymi łańcuchami. Następnie cząsteczki polimerazy DNA zaczynają poruszać się wzdłuż łańcuchów macierzystych, wykorzystując je jako matryce, i syntetyzują nowe łańcuchy potomne, wybierając dla nich nukleotydy zgodnie z zasadą komplementarności (ryc. 55). Na przykład, jeśli odcinek macierzystego łańcucha DNA ma sekwencję nukleotydową A C G T G A, to odcinek łańcucha potomnego będzie wyglądał TGCAC. W W związku z tym replikacja jest określana jako reakcje syntezy macierzy. W replikacja daje dwie identyczne dwuniciowe cząsteczki DNA W każdy z nich zawiera jeden łańcuch oryginalnej cząsteczki macierzystej i jeden nowo zsyntetyzowany łańcuch potomny.

Pod koniec okresu S każdy chromosom składa się już z dwóch identycznych chromatyd siostrzanych połączonych ze sobą w centromerze. Liczba chromatyd w każdej parze homologicznych chromosomów wynosi cztery. Zatem zestaw chromosomów i chromatyd komórki diploidalnej na końcu okresu S (tj. po replikacji) jest wyrażony przez zapis 2p4s.

Okres postsyntetyczny (G 2) następuje po duplikacji DNA.W tym czasie komórka gromadzi energię i syntetyzuje białka do zbliżającego się podziału (np. białko tubuliny do budowy mikrotubul, które następnie tworzą wrzeciono podziałowe). Przez cały okres C 2 zestaw chromosomów i chromatyd w komórce pozostaje niezmieniony - 2n4c.

Interfaza kończy się i zaczyna podział, w wyniku czego powstają komórki potomne. Podczas mitozy (głównej metody podziału komórek u eukariontów) siostrzane chromatydy każdego chromosomu oddzielają się od siebie i wchodzą do różnych komórek potomnych. W konsekwencji młode komórki potomne wchodzące w nowy cykl komórkowy mają zestaw 2p2s.

Zatem cykl komórkowy obejmuje okres od pojawienia się komórki do jej całkowitego podziału na dwie córki i obejmuje interfazę (okresy Gr, S, C2) i mitozę (patrz ryc. 54). Taka sekwencja okresów cyklu komórkowego jest typowa dla stale dzielących się komórek, na przykład dla komórek listka zarodkowego naskórka skóry, czerwonego szpiku kostnego, błony śluzowej przewodu pokarmowego zwierząt, komórek tkanki wykształceniowej roślin. Są w stanie dzielić się co 12-36 godzin.

Natomiast większość komórek organizmu wielokomórkowego wkracza na ścieżkę specjalizacji i po przejściu części okresu Gj może przejść do tzw. okres odpoczynku (okres Go). Komórki będące w okresie Gn pełnią w organizmie swoje określone funkcje, przechodzą procesy metaboliczne i energetyczne, ale nie są przygotowane do replikacji. Takie komórki z reguły trwale tracą zdolność do dzielenia się. Przykłady obejmują neurony, komórki soczewki oka i wiele innych.

Jednak niektóre komórki znajdujące się w okresie Gn (na przykład leukocyty, komórki wątroby) mogą go opuścić i kontynuować cykl komórkowy, przechodząc przez wszystkie okresy interfazy i mitozy. Tak więc komórki wątroby mogą ponownie uzyskać zdolność do podziału po kilku miesiącach pozostawania w stanie uśpienia.

Śmierć komórki.Śmierć (śmierć) pojedynczych komórek lub ich grup jest stale spotykana w organizmach wielokomórkowych, podobnie jak śmierć organizmów jednokomórkowych. Śmierć komórki można podzielić na dwie kategorie: martwicę (z gr. Nekros- martwe) i apoptozę, którą często nazywa się programowaną śmiercią komórki lub nawet samobójstwem komórki.

Martwica- śmierć komórek i tkanek w żywym organizmie spowodowana działaniem czynników uszkadzających. Przyczyną martwicy może być ekspozycja na wysokie i niskie temperatury, promieniowanie jonizujące, różne substancje chemiczne (w tym toksyny uwalniane przez patogeny). Śmierć komórek martwiczych obserwuje się również w wyniku ich mechanicznego uszkodzenia, upośledzenia ukrwienia i unerwienia tkanek oraz reakcji alergicznych.

W uszkodzonych komórkach zostaje zaburzona przepuszczalność błon, zatrzymuje się synteza białek, zatrzymują się inne procesy metaboliczne, jądro, organelle, aw końcu cała komórka ulega zniszczeniu. Cechą martwicy jest to, że takiej śmierci ulegają całe grupy komórek (np. w zawale mięśnia sercowego część mięśnia sercowego zawierająca wiele komórek umiera z powodu zaprzestania dopływu tlenu). Zwykle umierające komórki są atakowane przez leukocyty, aw strefie martwicy rozwija się reakcja zapalna.

apoptoza- programowana śmierć komórki, regulowana przez organizm. Podczas rozwoju i funkcjonowania organizmu niektóre jego komórki obumierają bez bezpośredniego uszkodzenia. Proces ten zachodzi na wszystkich etapach życia organizmu, nawet w okresie embrionalnym.

W dorosłym organizmie również stale zachodzi planowana śmierć komórki. Umierają miliony komórek krwi, naskórka, błony śluzowej przewodu pokarmowego itp. Po owulacji część komórek pęcherzykowych jajnika obumiera, po laktacji – komórki gruczołu sutkowego. W ciele dorosłego człowieka każdego dnia w wyniku apoptozy umiera 50-70 miliardów komórek. Podczas apoptozy komórka rozpada się na oddzielne fragmenty otoczone plazmalemmą. Zwykle fragmenty martwych komórek są pobierane przez leukocyty lub komórki sąsiednie bez wywoływania reakcji zapalnej. Uzupełnianie utraconych komórek następuje przez podział.

W ten sposób apoptoza niejako przerywa nieskończoność podziałów komórkowych. Od „narodzin” do apoptozy komórki przechodzą pewną liczbę normalnych cykli komórkowych. Po każdym z nich komórka przechodzi albo do nowego cyklu komórkowego, albo do apoptozy.

1. Co to jest cykl komórkowy?

2. Co nazywa się interfazą? Jakie główne zdarzenia zachodzą w okresach G r , S- i 0 2 interfazy?

3. Jakie komórki charakteryzuje G 0 -nepnofl? Co się dzieje w tym okresie?

4. Jak przebiega replikacja DNA?

5. Czy cząsteczki DNA tworzące homologiczne chromosomy są takie same? Jako część chromatyd siostrzanych? Czemu?

6. Co to jest martwica? apoptoza? Jakie są podobieństwa i różnice między martwicą a apoptozą?

7. Jakie znaczenie ma programowana śmierć komórki w życiu organizmów wielokomórkowych?

8. Jak myślisz, dlaczego w zdecydowanej większości organizmów żywych głównym strażnikiem informacji dziedzicznej jest DNA, a RNA pełni tylko funkcje pomocnicze?

Rozdział 1. Składniki chemiczne organizmów żywych

• § 1. Zawartość pierwiastków chemicznych w organizmie. Makro- i mikroelementy
• § 2. Związki chemiczne w organizmach żywych. substancje nieorganiczne

Rozdział 2. Komórka - jednostka strukturalna i funkcjonalna organizmów żywych

• § 10. Historia odnalezienia komórki. Stworzenie teorii komórki
• § 15. Retikulum endoplazmatyczne. kompleks Golgiego. Lizosomy

Rozdział 3

• § 24. Ogólna charakterystyka metabolizmu i przemian energetycznych

Rozdział 4. Strukturalna organizacja i regulacja funkcji w organizmach żywych

Ta lekcja pozwala samodzielnie przestudiować temat „Cykl życia komórki”. Porozmawiamy na nim o tym, co odgrywa główną rolę w podziale komórki, co przekazuje informację genetyczną z pokolenia na pokolenie. Poznasz również cały cykl życia komórki, który nazywany jest także sekwencją zdarzeń zachodzących od momentu powstania komórki do jej podziału.

Temat: Rozmnażanie i indywidualny rozwój organizmów

Lekcja: Cykl życia komórki

1. Cykl komórkowy

Zgodnie z teorią komórkową, nowe komórki powstają tylko w wyniku podziału poprzednich komórek macierzystych. Chromosomy, które zawierają cząsteczki DNA, odgrywają ważną rolę w procesach podziału komórek, ponieważ zapewniają przekazywanie informacji genetycznej z pokolenia na pokolenie.

Dlatego bardzo ważne jest, aby komórki potomne otrzymywały taką samą ilość materiału genetycznego i jest to całkiem naturalne, że wcześniej podział komórek następuje podwojenie materiału genetycznego, czyli cząsteczki DNA (ryc. 1).

Co to jest cykl komórkowy? Cykl życia komórki- ciąg zdarzeń zachodzących od momentu powstania danej komórki do jej podziału na komórki potomne. Według innej definicji cykl komórkowy to życie komórki od momentu jej pojawienia się w wyniku podziału komórki macierzystej do własnego podziału lub śmierci.

Podczas cyklu komórkowego komórka rośnie i zmienia się w taki sposób, aby z powodzeniem spełniać swoje funkcje w organizmie wielokomórkowym. Ten proces nazywa się różnicowaniem. Następnie komórka z powodzeniem wykonuje swoje funkcje przez określony czas, po czym przechodzi do podziału.

Oczywiste jest, że wszystkie komórki organizmu wielokomórkowego nie mogą dzielić się w nieskończoność, w przeciwnym razie wszystkie istoty, w tym ludzie, byłyby nieśmiertelne.

Ryż. 1. Fragment cząsteczki DNA

Tak się nie dzieje, ponieważ w DNA znajdują się „geny śmierci”, które są aktywowane w określonych warunkach. Syntetyzują pewne białka-enzymy, które niszczą strukturę komórki, jej organelle. W rezultacie komórka kurczy się i umiera.

Ta zaprogramowana śmierć komórki nazywa się apoptozą. Ale w okresie od pojawienia się komórki do apoptozy, komórka przechodzi wiele podziałów.

2. Etapy cyklu komórkowego

Cykl komórkowy składa się z 3 głównych etapów:

1. Interfaza - okres intensywnego wzrostu i biosyntezy niektórych substancji.

2. Mitoza lub kariokineza (rozszczepienie jądra).

3. Cytokineza (podział cytoplazmy).

Scharakteryzujmy bardziej szczegółowo etapy cyklu komórkowego. Więc pierwszy to interfaza. Interfaza to najdłuższa faza, okres intensywnej syntezy i wzrostu. Komórka syntetyzuje wiele substancji niezbędnych do jej wzrostu i realizacji wszystkich jej nieodłącznych funkcji. Podczas interfazy zachodzi replikacja DNA.

Mitoza to proces podziału jądrowego, w którym chromatydy oddzielają się od siebie i są redystrybuowane w postaci chromosomów między komórkami potomnymi.

Cytokineza to proces podziału cytoplazmy między dwie komórki potomne. Zazwyczaj pod nazwą mitoza, cytologia łączy etapy 2 i 3, czyli podział komórki (kariokineza) i podział cytoplazmy (cytokineza).

3. Interfaza

Scharakteryzujmy bardziej szczegółowo interfazę (ryc. 2). Interfaza składa się z 3 okresów: G1, S i G2. Pierwszy okres, presyntetyczny (G1), to faza intensywnego wzrostu komórek.

Ryż. 2. Główne etapy cyklu życiowego komórki.

To tutaj zachodzi synteza niektórych substancji, jest to najdłuższa faza, która następuje po podziale komórki. W tej fazie następuje nagromadzenie substancji i energii niezbędnych do następnego okresu, czyli podwojenia DNA.

Według współczesnych koncepcji, w okresie G1 syntetyzowane są substancje hamujące lub stymulujące kolejny okres cyklu komórkowego, czyli okres syntezy.

Okres syntezy (S) trwa zwykle od 6 do 10 godzin, w przeciwieństwie do okresu przedsyntetycznego, który może trwać nawet kilka dni i obejmuje duplikację DNA, a także syntezę białek, takich jak białka histonowe, które mogą tworzyć chromosomy. Pod koniec okresu syntezy każdy chromosom składa się z dwóch chromatyd połączonych ze sobą centromerem. W tym okresie centriole podwajają się.

Okres postsyntetyczny (G2) następuje natychmiast po podwojeniu chromosomu. Trwa od 2 do 5 godzin.

W tym samym okresie gromadzi się energia niezbędna do dalszego procesu podziału komórki, czyli bezpośrednio do mitozy.

W tym okresie następuje podział mitochondriów i chloroplastów oraz syntetyzowane są białka, które następnie tworzą mikrotubule. Mikrotubule, jak wiadomo, tworzą nić wrzeciona, a teraz komórka jest gotowa do mitozy.

4. Proces duplikacji DNA

Zanim przejdziemy do opisu metod podziału komórek, rozważmy proces duplikacji DNA, który prowadzi do powstania dwóch chromatyd. Proces ten zachodzi w okresie syntezy. Duplikacja cząsteczki DNA nazywana jest replikacją lub reduplikacją (ryc. 3).

Ryż. 3. Proces replikacji (reduplikacji) DNA (syntetyczny okres interfazy). Enzym helikaza (zielony) rozwija podwójną helisę DNA, a polimerazy DNA (niebieski i pomarańczowy) uzupełniają komplementarne nukleotydy.

Podczas replikacji część matczynej cząsteczki DNA jest rozkręcana na dwie nici za pomocą specjalnego enzymu, helikazy. Ponadto osiąga się to poprzez zerwanie wiązań wodorowych między komplementarnymi zasadami azotowymi (A-T i G-C). Ponadto, dla każdego nukleotydu rozproszonych nici DNA, enzym polimeraza DNA dostosowuje swój komplementarny nukleotyd.

W ten sposób powstają dwie dwuniciowe cząsteczki DNA, z których każda zawiera jedną nić cząsteczki macierzystej i jedną nową nić potomną. Te dwie cząsteczki DNA są absolutnie identyczne.

Niemożliwe jest jednoczesne rozwinięcie całej dużej cząsteczki DNA w celu replikacji. Dlatego replikacja rozpoczyna się w oddzielnych odcinkach cząsteczki DNA, powstają krótkie fragmenty, które są następnie wszywane w długą nić za pomocą określonych enzymów.

Czas trwania cyklu komórkowego zależy od rodzaju komórki oraz od czynników zewnętrznych, takich jak temperatura, obecność tlenu, obecność składników odżywczych. Na przykład komórki bakterii dzielą się co 20 minut w sprzyjających warunkach, komórki nabłonka jelitowego co 8-10 godzin, a komórki na końcach korzeni cebuli dzielą się co 20 godzin. A niektóre komórki układu nerwowego nigdy się nie dzielą.

Pojawienie się teorii komórkowej

W XVII wieku angielski lekarz Robert Hooke (ryc. 4) za pomocą domowego mikroskopu świetlnego zauważył, że korek i inne tkanki roślinne składają się z małych komórek oddzielonych przegrodami. Nazwał je komórkami.

Ryż. 4. Roberta Hooke'a

W 1738 r. niemiecki botanik Matthias Schleiden (ryc. 5) doszedł do wniosku, że tkanki roślinne składają się z komórek. Dokładnie rok później zoolog Theodor Schwann (ryc. 5) doszedł do tego samego wniosku, ale tylko w odniesieniu do tkanek zwierzęcych.

Ryż. 5. Matthias Schleiden (po lewej) Theodor Schwann (po prawej)

Doszedł do wniosku, że tkanki zwierzęce, podobnie jak tkanki roślinne, składają się z komórek i że komórki są podstawą życia. Na podstawie danych komórkowych naukowcy sformułowali teorię komórkową.

Ryż. 6. Rudolfa Virchowa

Po 20 latach Rudolf Virchow (ryc. 6) rozwinął teorię komórkową i doszedł do wniosku, że komórki mogą powstać z innych komórek. Napisał: „Tam, gdzie istnieje komórka, musi istnieć poprzednia komórka, tak jak zwierzęta pochodzą tylko od zwierzęcia, a rośliny tylko od rośliny… Wszystkie żywe formy, czy to organizmy zwierzęce, czy roślinne, czy też ich części składowe , zdominowane są przez odwieczne prawo ciągłego rozwoju.

Struktura chromosomów

Jak wiesz, chromosomy odgrywają kluczową rolę w podziale komórek, ponieważ przenoszą informacje genetyczne z pokolenia na pokolenie. Chromosomy składają się z cząsteczki DNA związanej z białkami przez histony. Rybosomy zawierają również niewielką ilość RNA.

W dzielących się komórkach chromosomy są prezentowane w postaci długich cienkich nici, równomiernie rozmieszczonych w całej objętości jądra.

Poszczególne chromosomy są nie do odróżnienia, ale ich materiał chromosomowy jest barwiony podstawowymi barwnikami i nazywa się chromatyną. Przed podziałem komórki chromosomy (ryc. 7) pogrubiają się i skracają, co pozwala je wyraźnie zobaczyć w mikroskopie świetlnym.

Ryż. 7. Chromosomy w profazie 1 mejozy

W stanie rozproszonym, czyli rozciągniętym, chromosomy uczestniczą we wszystkich procesach biosyntezy lub regulują procesy biosyntezy, a podczas podziału komórki funkcja ta jest zawieszona.

We wszystkich formach podziału komórki DNA każdego chromosomu jest replikowane w taki sposób, że powstają dwie identyczne, podwójne polinukleotydowe nici DNA.

Ryż. 8. Budowa chromosomu

Łańcuchy te otoczone są płaszczem białkowym i na początku podziału komórki wyglądają jak identyczne nitki leżące obok siebie. Każda nić nazywana jest chromatydą i jest połączona z drugą nicią nieplamiącym obszarem, zwanym centromerem (ryc. 8).

Praca domowa

1. Co to jest cykl komórkowy? Z jakich etapów się składa?

2. Co dzieje się z komórką podczas interfazy? Jakie są etapy interfazy?

3. Co to jest replikacja? Jakie jest jego znaczenie biologiczne? Kiedy to się dzieje? Jakie substancje są w nim zawarte?

4. Jak powstała teoria komórkowa? Wymień naukowców, którzy brali udział w jego powstaniu.

5. Co to jest chromosom? Jaka jest rola chromosomów w podziale komórki?

1. Literatura techniczna i humanitarna.

2. Ujednolicony zbiór cyfrowych zasobów edukacyjnych.

3. Ujednolicony zbiór cyfrowych zasobów edukacyjnych.

4. Ujednolicony zbiór cyfrowych zasobów edukacyjnych.

5. Portal internetowy Schooltube.

Bibliografia

1. Kamensky A. A., Kriksunov E. A., Pasechnik V. V. Biologia ogólna 10-11 klasa Drop, 2005.

2. Biologia. klasa 10. Biologia ogólna. Poziom podstawowy / P. V. Izhevsky, O. A. Kornilova, TE Loshchilina i inni - wyd. 2, poprawione. - Ventana-Graf, 2010. - 224 strony.

3. Belyaev D.K. Biologia klasa 10-11. Biologia ogólna. Podstawowy poziom. - wyd. 11, stereotyp. - M.: Edukacja, 2012. - 304 s.

4. Biologia klasa 11. Biologia ogólna. Poziom profilu / V. B. Zacharow, S. G. Mamontow, N. I. Sonin i inni - wyd. 5, stereotyp. - Drop, 2010. - 388 s.

5. Agafonova I. B., Zakharova E. T., Sivoglazov VI Biologia klasa 10-11. Biologia ogólna. Podstawowy poziom. - wyd. 6, dodaj. - Drop, 2010. - 384 s.

wzrost ciała człowieka ze względu na wzrost wielkości i liczby komórek, podczas gdy ten ostatni zapewnia proces podziału, czyli mitozy. Proliferacja komórek zachodzi pod wpływem zewnątrzkomórkowych czynników wzrostu, a same komórki przechodzą przez powtarzającą się sekwencję zdarzeń zwaną cyklem komórkowym.

Istnieją cztery główne fazy: G1 (presyntetyczny), S (syntetyczny), G2 (postsyntetyczny) i M (mitotyczny). Następnie następuje oddzielenie cytoplazmy i błony plazmatycznej, w wyniku czego powstają dwie identyczne komórki potomne. Fazy ​​Gl, S i G2 są częścią interfazy. Replikacja chromosomu zachodzi podczas fazy syntezy lub fazy S.
Większość komórki nie podlegają aktywnemu podziałowi, ich aktywność mitotyczna jest tłumiona podczas fazy GO, która jest częścią fazy G1.

Czas trwania fazy M wynosi 30-60 minut, podczas gdy cały cykl komórkowy trwa około 20 h. W zależności od wieku normalne (nienowotworowe) komórki ludzkie przechodzą do 80 cykli mitotycznych.

Procesy cykl komórkowy są kontrolowane przez sekwencyjnie powtarzaną aktywację i inaktywację kluczowych enzymów zwanych kinazami białkowymi zależnymi od cyklin (CKK), jak również ich kofaktorów, cyklin. Jednocześnie pod wpływem fosfokinaz i fosfataz dochodzi do fosforylacji i defosforylacji specyficznych kompleksów cyklina-CZK odpowiedzialnych za początek określonych faz cyklu.

Ponadto na odpowiednich etapy podobne do białek CZK powodują zagęszczenie chromosomów, pęknięcie błony jądrowej i reorganizację mikrotubul cytoszkieletu w celu utworzenia wrzeciona rozszczepienia (wrzeciona mitotycznego).

Faza G1 cyklu komórkowego

Faza G1- etap pośredni między fazami M i S, podczas którego następuje wzrost ilości cytoplazmy. Dodatkowo pod koniec fazy G1 zlokalizowany jest pierwszy punkt kontrolny, przy którym sprawdzana jest naprawa DNA oraz warunki środowiskowe (czy są one wystarczająco sprzyjające do przejścia do fazy S).

W przypadku jądrowej DNA uszkodzony, wzrasta aktywność białka p53, które stymuluje transkrypcję p21. Ta ostatnia wiąże się ze specyficznym kompleksem cyklina-CZK odpowiedzialnym za przejście komórki do fazy S i hamuje jej podział na etapie fazy Gl. Pozwala to enzymom naprawczym na naprawę uszkodzonych fragmentów DNA.

Kiedy pojawiają się patologie replikacja białka p53 wadliwego DNA trwa, co pozwala dzielącym się komórkom gromadzić mutacje i przyczynia się do rozwoju procesów nowotworowych. Dlatego białko p53 jest często nazywane „strażnikiem genomu”.

Faza G0 cyklu komórkowego

Proliferacja komórek u ssaków jest możliwa tylko przy udziale komórek wydzielanych przez inne komórki pozakomórkowe czynniki wzrostu, które wywierają swoje działanie poprzez kaskadową transdukcję sygnału protoonkogenów. Jeśli w fazie G1 komórka nie otrzyma odpowiednich sygnałów, to wychodzi z cyklu komórkowego i przechodzi w stan G0, który może trwać kilka lat.

Blok G0 występuje za pomocą białek - supresorów mitozy, z których jednym jest białko siatkówczaka(białko Rb) kodowane przez normalne allele genu siatkówczaka. Białko to przyłącza się do specyficznych białek regulatorowych, blokując stymulację transkrypcji genów niezbędnych do proliferacji komórek.

Pozakomórkowe czynniki wzrostu niszczą blok poprzez aktywację Gl-specyficzne kompleksy cyklina-CZK, które fosforylują białko Rb i zmieniają jego konformację, w wyniku czego następuje zerwanie wiązania z białkami regulatorowymi. Jednocześnie te ostatnie aktywują transkrypcję kodowanych przez siebie genów, które uruchamiają proces proliferacji.

Faza S cyklu komórkowego

Standardowa ilość podwójne nici DNA w każdej komórce odpowiadającej diploidalnemu zestawowi jednoniciowych chromosomów zwyczajowo oznacza się ją jako 2C. Zestaw 2C jest utrzymywany przez całą fazę G1 i podwaja się (4C) podczas fazy S, kiedy syntetyzowany jest nowy chromosomalny DNA.

Zaczynając od końca Fazy ​​S a do fazy M (w tym fazy G2) każdy widoczny chromosom zawiera dwie ściśle związane cząsteczki DNA zwane chromatydami siostrzanymi. Tak więc w ludzkich komórkach od końca fazy S do środka fazy M znajdują się 23 pary chromosomów (46 widocznych jednostek), ale 4C (92) podwójne helisy jądrowego DNA.

W trakcie mitoza rozkład identycznych zestawów chromosomów na dwie komórki potomne zachodzi w taki sposób, że każda z nich zawiera 23 pary cząsteczek DNA 2C. Należy zauważyć, że fazy G1 i G0 są jedynymi fazami cyklu komórkowego, podczas których zestaw cząsteczek DNA 2C odpowiada 46 chromosomom w komórkach.

Faza G2 cyklu komórkowego

Drugi Punkt kontrolny, który sprawdza rozmiar komórki, znajduje się na końcu fazy G2, między fazą S a mitozą. Dodatkowo na tym etapie przed przystąpieniem do mitozy sprawdzana jest kompletność replikacji oraz integralność DNA. Mitoza (faza M)

1. profaza. Chromosomy, z których każdy składa się z dwóch identycznych chromatyd, zaczynają się kondensować i stają się widoczne wewnątrz jądra. Na przeciwległych biegunach komórki zaczyna tworzyć się wrzecionowaty aparat wokół dwóch centrosomów z włókien tubuliny.

2. prometafaza. Błona jądrowa rozdziela się. Kinetochory powstają wokół centromerów chromosomów. Włókna tubuliny wnikają do jądra i koncentrują się w pobliżu kinetochorów, łącząc je z włóknami wychodzącymi z centrosomów.

3. metafaza. Napięcie we włóknach powoduje, że chromosomy ustawiają się w linii pośrodku w linii między biegunami wrzeciona, tworząc w ten sposób płytkę metafazową.

4. Anafaza. DNA centromeru, podzielone między siostrzane chromatydy, jest zduplikowane, chromatydy rozdzielają się i rozchodzą bliżej biegunów.

5. telofaza. Oddzielone siostrzane chromatydy (które odtąd są uważane za chromosomy) docierają do biegunów. Błona jądrowa rozwija się wokół każdej z grup. Sprasowana chromatyna rozprasza się i tworzą jąderka.

6. cytokineza. Błona komórkowa kurczy się i pośrodku między biegunami tworzy się bruzda rozszczepiająca, która ostatecznie oddziela dwie komórki potomne.

Cykl centrosomu

W Czas fazy G1 para centrioli połączonych z każdym centrosomem oddziela się. Podczas faz S i G2 na prawo od starych centrioli tworzy się nowa centriola potomna. Na początku fazy M centrosom rozdziela się, dwa centrosomy potomne rozchodzą się w kierunku biegunów komórki.

cykl komórkowy

Cykl komórkowy składa się z mitozy (faza M) i interfazy. W interfazie kolejno rozróżnia się fazy G1, S i G2.

ETAPY CYKLU KOMÓRKOWEGO

Interfaza

G 1 następuje po telofazie mitozy. Podczas tej fazy komórka syntetyzuje RNA i białka. Czas trwania fazy wynosi od kilku godzin do kilku dni.

G 2 komórki mogą wyjść z cyklu i są w fazie G 0 . W fazie G 0 komórki zaczynają się różnicować.

S. W fazie S w komórce trwa synteza białek, zachodzi replikacja DNA i oddzielają się centriole. W większości komórek faza S trwa 8-12 godzin.

G 2 . W fazie G 2 trwa synteza RNA i białek (na przykład synteza tubuliny dla mikrotubul wrzeciona mitotycznego). Centriole potomne osiągają rozmiary ostatecznych organelli. Ta faza trwa 2-4 godziny.

MITOZA

Podczas mitozy jądro (kariokineza) i cytoplazma (cytokineza) dzielą się. Fazy ​​mitozy: profaza, prometafaza, metafaza, anafaza, telofaza.

profaza. Każdy chromosom składa się z dwóch chromatyd siostrzanych połączonych centromerem, zanika jąderko. Centriole organizują wrzeciono mitotyczne. Para centrioli jest częścią centrum mitotycznego, z którego promieniście rozciągają się mikrotubule. Najpierw centra mitotyczne znajdują się w pobliżu błony jądrowej, a następnie rozchodzą się i powstaje dwubiegunowe wrzeciono mitotyczne. W procesie tym polarne mikrotubule oddziałują ze sobą w miarę wydłużania się.

Centriola jest częścią centrosomu (centrosom zawiera dwie centriole i macierz pericentriolową) i ma kształt walca o średnicy 15 nm i długości 500 nm; ściana cylindra składa się z 9 trojaczków mikrotubul. W centrosomie centriole są ustawione względem siebie pod kątem prostym. Podczas fazy S cyklu komórkowego centriole są duplikowane. W mitozie pary centrioli, z których każda składa się z pierwotnej i nowo utworzonej, rozchodzą się do biegunów komórki i uczestniczą w tworzeniu wrzeciona mitotycznego.

prometafaza. Otoczka jądrowa rozpada się na małe fragmenty. Kinetochory pojawiają się w regionie centromeru, funkcjonując jako centra organizacji mikrotubul kinetochoru. Odejście kinetochorów z każdego chromosomu w obu kierunkach i ich interakcja z polarnymi mikrotubulami wrzeciona mitotycznego jest przyczyną ruchu chromosomów.

metafaza. Chromosomy znajdują się na równiku wrzeciona. Powstaje płytka metafazowa, w której każdy chromosom jest utrzymywany przez parę kinetochorów i związanych z nimi mikrotubul kinetochoru skierowanych na przeciwne bieguny wrzeciona mitotycznego.

Anafaza– segregacja chromosomów potomnych do biegunów wrzeciona mitotycznego z szybkością 1 µm/min.

telofaza. Chromatydy zbliżają się do biegunów, mikrotubule kinetochoru zanikają, a biegunowe dalej się wydłużają. Powstaje błona jądrowa, pojawia się jąderko.

cytokineza- podział cytoplazmy na dwie odrębne części. Proces rozpoczyna się w późnej anafazie lub telofazie. Plazmalemma jest rysowana pomiędzy dwoma jądrami potomnymi w płaszczyźnie prostopadłej do długiej osi wrzeciona. Bruzda rozszczepienia pogłębia się, a między komórkami potomnymi pozostaje pomost - szczątkowe ciało. Dalsze niszczenie tej struktury prowadzi do całkowitego podziału komórek potomnych.

Regulatory podziałów komórkowych

Proliferacja komórek, która zachodzi w wyniku mitozy, jest ściśle regulowana przez różne sygnały molekularne. Skoordynowane działanie tych wielu regulatorów cyklu komórkowego zapewnia zarówno przejście komórek z fazy do fazy cyklu komórkowego, jak i precyzyjne wykonanie zdarzeń każdej fazy. Główną przyczyną pojawiania się niekontrolowanych komórek proliferacyjnych jest mutacja genów kodujących strukturę regulatorów cyklu komórkowego. Regulatory cyklu komórkowego i mitozy dzielą się na wewnątrzkomórkowe i międzykomórkowe. Wewnątrzkomórkowych sygnałów molekularnych jest wiele, wśród nich należy wymienić przede wszystkim właściwe regulatory cyklu komórkowego (cykliny, cyklinozależne kinazy białkowe, ich aktywatory i inhibitory) oraz onkosupresory.

MEJOZA

Mejoza wytwarza haploidalne gamety.

pierwszy podział mejozy

Pierwszy podział mejozy (profaza I, metafaza I, anafaza I i telofaza I) jest redukcyjny.

profazaI kolejno przechodzi przez kilka stadiów (leptoten, zygoten, pachyten, diploten, diakineza).

Leptotena - chromatyna ulega kondensacji, każdy chromosom składa się z dwóch chromatyd połączonych centromerem.

Zygota- homologiczne sparowane chromosomy zbliżają się i wchodzą w kontakt fizyczny ( synapsa) w postaci kompleksu synaptonemalnego, który zapewnia koniugację chromosomów. Na tym etapie dwie sąsiadujące ze sobą pary chromosomów tworzą biwalent.

Pachyten Chromosomy pogrubiają się z powodu spiralizacji. Oddzielne sekcje skoniugowanych chromosomów przecinają się ze sobą i tworzą chiasmy. To się dzieje tutaj przechodzić przez- wymiana miejsc między chromosomami homologicznymi ojcowskimi i matczynymi.

Diploten– rozdzielenie skoniugowanych chromosomów w każdej parze w wyniku podłużnego rozszczepienia kompleksu synaptonemalnego. Chromosomy są podzielone na całej długości kompleksu, z wyjątkiem chiazmy. Jako część biwalentu wyraźnie rozróżnialne są 4 chromatydy. Taki biwalent nazywa się tetradą. W chromatydach pojawiają się miejsca odwijania, w których syntetyzowany jest RNA.

Diakineza. Procesy skracania chromosomów i rozszczepiania par chromosomów trwają. Chiasmy przesuwają się na końce chromosomów (terminalizacja). Błona jądrowa jest zniszczona, jąderko znika. Pojawia się wrzeciono mitotyczne.

metafazaI. W metafazie I tetrady tworzą płytkę metafazy. Ogólnie rzecz biorąc, chromosomy ojcowskie i matczyne są losowo rozmieszczone po obu stronach równika wrzeciona mitotycznego. Ten wzór dystrybucji chromosomów leży u podstaw drugiego prawa Mendla, które (wraz z crossing-over) zapewnia różnice genetyczne między osobnikami.

AnafazaI różni się od anafazy mitozy tym, że podczas mitozy chromatydy siostrzane rozchodzą się w kierunku biegunów. W tej fazie mejozy nienaruszone chromosomy przemieszczają się do biegunów.

telofazaI nie różni się od telofazy mitozy. Tworzą się jądra z 23 skoniugowanymi (podwojonymi) chromosomami, zachodzi cytokineza i powstają komórki potomne.

Drugi podział mejozy.

Drugi podział mejozy - równaniowy - przebiega tak samo jak mitoza (profaza II, metafaza II, anafaza II i telofaza), ale znacznie szybciej. Komórki potomne otrzymują haploidalny zestaw chromosomów (22 autosomy i jeden chromosom płci).