Življenjski cikel celice: faze, obdobja. Življenjski cikel virusa v gostiteljski celici. Celični cikel - mitoza: opis faz G0, G1, G2, S Celični cikel njegovih stopenj
celični cikel(cyclus cellularis) je obdobje od ene celične delitve do druge oziroma obdobje od celične delitve do njene smrti. Celični cikel je razdeljen na 4 obdobja.
Prvo obdobje je mitotično;
2. - postmitotski ali presintetični, označen s črko G1;
3. - sintetično, označeno s črko S;
4. - postsintetično ali premitotično, označeno s črko G 2,
in mitotično obdobje je predstavljeno s črko M.
Po mitozi se začne naslednje obdobje G1. V tem obdobju je masa hčerinske celice 2-krat manjša od mase matične celice. Ta celica ima 2-krat manj beljakovin, DNK in kromosomov, tj. običajno bi morala biti 2p kromosoma in 2c DNK.
Kaj se zgodi v obdobju G1? V tem času se na površini DNA pojavi transkripcija RNA, ki sodeluje pri sintezi beljakovin. Zaradi beljakovin se poveča masa hčerinske celice. V tem času se sintetizirajo prekurzorji DNA in encimi, ki sodelujejo pri sintezi DNA in prekurzorjev DNA. Glavni procesi v obdobju G1 so sinteza beljakovin in celičnih receptorjev. Nato pride obdobje S. V tem obdobju pride do replikacije DNK kromosomov. Posledično je do konca obdobja S vsebnost DNK 4c. Bo pa 2n kromosomov, čeprav jih bo dejansko tudi 4n, vendar je DNK kromosomov v tem obdobju tako prepletena, da vsak sestrski kromosom v materinem kromosomu še ni viden. Ker se njihovo število povečuje zaradi sinteze DNA in se poveča transkripcija ribosomskih, sporočilnih in transportnih RNA, se naravno poveča sinteza beljakovin. V tem času lahko pride do podvojitve centriolov v celicah. Tako celica iz obdobja S vstopi v obdobje G 2. Na začetku obdobja G2 se nadaljuje aktiven proces transkripcije različnih RNA in proces sinteze proteinov, predvsem tubulinskih proteinov, ki so potrebni za delitveno vreteno. Lahko pride do podvajanja centriola. Mitohondriji intenzivno sintetizirajo ATP, ki je vir energije, energija pa je potrebna za mitotično delitev celic. Po obdobju G2 celica vstopi v mitotično obdobje.
Nekatere celice lahko zapustijo celični cikel. Izhod celice iz celičnega cikla označuje črka G0. Celica, ki vstopi v to obdobje, izgubi sposobnost mitoze. Poleg tega nekatere celice začasno izgubijo sposobnost mitoze, druge trajno.
Če celica začasno izgubi sposobnost mitotične delitve, je podvržena začetni diferenciaciji. V tem primeru se diferencirana celica specializira za opravljanje določene funkcije. Po začetni diferenciaciji se lahko ta celica vrne v celični cikel in vstopi v obdobje Gj ter po prehodu skozi obdobje S in obdobje G2 opravi mitotično delitev.
Kje v telesu se nahajajo celice v obdobju G0? Takšne celice najdemo v jetrih. Če pa so jetra poškodovana ali je njihov del kirurško odstranjen, se vse celice, ki so bile podvržene začetni diferenciaciji, vrnejo v celični cikel in zaradi njihove delitve pride do hitre obnove celic jetrnega parenhima.
Tudi matične celice so v obdobju G0, ko pa se matična celica začne deliti, gre skozi vse medfazne dobe: G1, S, G2.
Tiste celice, ki dokončno izgubijo sposobnost mitotične delitve, so podvržene najprej začetni diferenciaciji in opravljanju določenih funkcij, nato pa končni diferenciaciji. Pri terminalni diferenciaciji se celica ne more vrniti v celični cikel in sčasoma umre. Kje v telesu se te celice nahajajo? Prvič, to so krvne celice. Krvni granulociti, ki so bili podvrženi diferenciaciji, delujejo 8 dni in nato odmrejo. Rdeče krvničke delujejo 120 dni, nato tudi odmrejo (v vranici). Drugič, to so celice povrhnjice kože. Epidermalne celice se najprej začetno, nato končno diferencirajo, zaradi česar se spremenijo v poroženele luske, ki se nato odluščijo s površine povrhnjice. V povrhnjici kože so celice lahko v obdobju G0, obdobju G1, obdobju G2 in obdobju S.
Tkiva s pogosto delečimi se celicami so bolj prizadeta kot tkiva z redko delečimi se celicami, ker številni kemični in fizikalni dejavniki uničijo vretenaste mikrotubule.
MITOZA
Mitoza se bistveno razlikuje od neposredne delitve ali amitoze v tem, da med mitozo pride do enakomerne porazdelitve kromosomskega materiala med hčerinskimi celicami. Mitoza je razdeljena na 4 faze. 1. faza se imenuje profaza, 2. - metafaza, 3. - anafaza, 4. - telofaza.
Če ima celica polovični (haploidni) nabor kromosomov, ki sestavlja 23 kromosomov (spolne celice), potem je ta nabor označen s simbolom In kromosomov in 1c DNA, če je diploiden - 2p kromosomov in 2c DNA (somatske celice takoj po mitotični delitvi ), aneuploiden nabor kromosomov - v nenormalnih celicah.
Profaza. Profazo delimo na zgodnjo in pozno. V zgodnji profazi pride do spiralizacije kromosomov, ki postanejo vidni v obliki tankih niti in tvorijo gosto kroglo, tj. nastane gosta krogla. Z nastopom pozne profaze se kromosomi še bolj spiralizirajo, zaradi česar se zaprejo geni za nukleolarne kromosomske organizatorje. Zato se prepisovanje rRNA in tvorba kromosomskih podenot ustavita, nukleolus pa izgine. Hkrati pride do fragmentacije jedrske membrane. Delci jedrske membrane se zložijo v majhne vakuole. Količina zrnatega EPS v citoplazmi se zmanjša. Zrnati rezervoarji EPS so razdrobljeni v manjše strukture. Število ribosomov na površini membran ER se močno zmanjša. To vodi do zmanjšanja sinteze beljakovin za 75%. Na tej točki se celični center podvoji. Nastala 2 celična centra se začneta razhajati proti poloma. Vsak od novonastalih celičnih centrov je sestavljen iz 2 centriolov: matičnega in hčerinskega.
S sodelovanjem celičnih centrov se začne oblikovati fisijsko vreteno, ki je sestavljeno iz mikrotubulov. Kromosomi se še naprej spiralno vrtijo, kar povzroči nastanek ohlapne kroglice kromosomov, ki se nahaja v citoplazmi. Tako je za pozno profazo značilna ohlapna kroglica kromosomov.
Metafaza. Med metafazo postanejo vidne kromatide materinih kromosomov. Materini kromosomi se nahajajo v ekvatorialni ravnini. Če pogledate te kromosome z ekvatorja celice, jih zaznavate kot ekvatorialna plošča(lamina equatorialis). Če isto ploščo pogledate s strani droga, potem jo dojemamo kot mama zvezda(monastr). Med metafazo je tvorba vretena končana. V vretenu sta vidni dve vrsti mikrotubulov. Nekateri mikrotubuli nastanejo iz celičnega središča, to je iz centriola, in se imenujejo centriolarne mikrotubule(microtubuli cenriolaris). Drugi mikrotubuli se začnejo oblikovati iz kinetohorov kromosomov. Kaj so kinetohore? V območju primarnih zožitev kromosomov so tako imenovane kinetohore. Ti kinetohori imajo sposobnost induciranja samosestavljanja mikrotubulov. Tu se začnejo mikrotubuli, ki rastejo proti celičnim središčem. Tako se konci mikrotubulov kinetohorov raztezajo med koncema centriolarnih mikrotubulov.
Anafaza. Med anafazo pride do hkratne ločitve hčerinskih kromosomov (kromatid), ki se začnejo premikati, nekateri na en, drugi na drugi pol. V tem primeru se pojavi dvojna zvezda, to je 2 hčerinski zvezdi (diastr). Gibanje zvezd se izvaja zahvaljujoč vretenu in dejstvu, da se sami poli celice nekoliko odmaknejo drug od drugega.
Mehanizem, gibanje hčerinskih zvezd. To gibanje je zagotovljeno z dejstvom, da konci kinetohornih mikrotubulov drsijo vzdolž koncev centriolarnih mikrotubulov in vlečejo kromatide hčerinskih zvezd proti poloma.
Telofaza. Med telofazo se gibanje hčerinskih zvezd ustavi in začnejo nastajati jedra. Kromosomi so podvrženi despiralizaciji in okrog kromosomov se začne oblikovati jedrska ovojnica (nukleolema). Ker se vlakna DNA kromosomov despiralizirajo, se začne transkripcija
RNA na odkritih genih. Ker pride do despiralizacije fibril kromosomske DNA, se rRNA v obliki tankih niti začne prepisovati v območju nukleolarnih organizatorjev, tj. Nastane fibrilarni aparat nukleolusa. Nato se ribosomski proteini transportirajo do fibril rRNA, ki se kompleksirajo z rRNA, kar povzroči nastanek ribosomskih podenot, tj. nastane zrnata komponenta nukleolusa. To se zgodi že v pozni telofazi. citotomija, tj. nastanek zožitve. Ko nastane zožitev vzdolž ekvatorja, se citolema invaginira. Mehanizem invaginacije je naslednji. Tonofilamenti, sestavljeni iz kontraktilnih beljakovin, se nahajajo vzdolž ekvatorja. Ti tonofilamenti umaknejo citolemo. Nato se citolema ene hčerinske celice loči od druge podobne hčerinske celice. Tako kot posledica mitoze nastanejo nove hčerinske celice. Hčerinske celice imajo 2-krat manjšo maso kot matične. Imajo tudi manj DNK - ustreza 2c, in polovično število kromosomov - ustreza 2p. Tako se z mitotično delitvijo zaključi celični cikel.
Biološki pomen mitoze je, da zaradi delitve pride do rasti telesa, fiziološke in reparativne regeneracije celic, tkiv in organov.
Biološki pomen celične delitve. Nove celice nastanejo z delitvijo obstoječih. Če se enocelični organizem deli, iz njega nastaneta dva nova. Tudi večcelični organizem začne svoj razvoj največkrat z eno celico. S ponavljajočimi se delitvami nastane ogromno celic, ki sestavljajo telo. Delitev celic zagotavlja razmnoževanje in razvoj organizmov in s tem kontinuiteto življenja na Zemlji.
celični cikel- življenje celice od trenutka nastanka med delitvijo matične celice do lastne delitve (vključno s to delitvijo) ali smrti.
V tem ciklu vsaka celica raste in se razvija tako, da uspešno opravlja svoje naloge v telesu. Celica nato deluje določen čas, nato pa se ali deli in tvori hčerinske celice ali odmre.
Pri različnih vrstah organizmov celični cikel traja različno: na primer v bakterije traja približno 20 minut, ciliates copati- od 10 do 20 ur Celice večceličnih organizmov se v zgodnjih fazah razvoja pogosto delijo, nato pa se celični cikli močno podaljšajo. Na primer, takoj po rojstvu se možganske celice razdelijo ogromnokrat: v tem obdobju nastane 80% možganskih nevronov. Vendar pa večina teh celic hitro izgubi sposobnost delitve, nekatere pa preživijo do naravne smrti telesa, ne da bi se sploh delile.
Celični cikel je sestavljen iz interfaze in mitoze (slika 54).
Interfaza- interval celičnega cikla med dvema delitvama. V celotni interfazi so kromosomi nespiralizirani, nahajajo se v celičnem jedru v obliki kromatina. Interfaza je praviloma sestavljena iz treh obdobij: predsintetičnega, sintetičnega in postsintetičnega.
Predsintetično obdobje (G,)- najdaljši del medfaze. V različnih vrstah celic lahko traja od 2-3 ur do nekaj dni. V tem obdobju celica raste, povečuje se število organelov, kopičijo se energija in snovi za poznejšo podvojitev DNK.V obdobju Gj je vsak kromosom sestavljen iz ene kromatide, tj. števila kromosomov ( P) in kromatide (z) tekme. Nabor kromosomov in kromosomov
matid (molekule DNA) diploidne celice v obdobju G r celičnega cikla lahko izrazimo s pisanjem 2p2s.
V sintetičnem obdobju (S) Pride do podvajanja DNK in sinteze beljakovin, potrebnih za kasnejšo tvorbo kromosomov. IN V istem obdobju pride do podvojitve centriolov.
Podvajanje DNK se imenuje podvajanje. Med replikacijo posebni encimi ločijo obe verigi prvotne matične molekule DNA in prekinejo vodikove vezi med komplementarnimi nukleotidi. Na ločene verige se vežejo molekule DNA polimeraze, glavnega replikacijskega encima. Nato se molekule DNA polimeraze začnejo premikati po matičnih verigah, ki jih uporabljajo kot predloge, in sintetizirajo nove hčerinske verige, izbirajo nukleotide zanje po načelu komplementarnosti (slika 55). Na primer, če ima odsek matične verige DNA nukleotidno zaporedje A C G T G A, bo imel odsek hčerinske verige obliko THCACT. IN V zvezi s tem se replikacija imenuje reakcije matrične sinteze. IN Kot rezultat replikacije nastaneta dve enaki dvoverižni molekuli DNA - IN vsak od njih vključuje eno verigo prvotne matične molekule in eno na novo sintetizirano hčerinsko verigo.
Ob koncu S-obdobja je vsak kromosom že sestavljen iz dveh enakih sestrskih kromatid, ki sta med seboj povezani na centromeri. Število kromatid v vsakem paru homolognih kromosomov postane štiri. Tako je nabor kromosomov in kromatid diploidne celice na koncu S-obdobja (tj. po replikaciji) izražen z vnosom 2p4s.
Postsintetično obdobje (G 2) nastane po podvojitvi DNA - V tem času celica kopiči energijo in sintetizira beljakovine za prihajajočo delitev (na primer protein tubulin za gradnjo mikrotubulov, ki nato tvorijo delitveno vreteno). V celotnem obdobju C 2 nabor kromosomov in kromatid v celici ostane nespremenjen - 2n4c.
Interfaza se konča in začne delitev, zaradi česar nastanejo hčerinske celice. Med mitozo (glavni način delitve evkariontskih celic) se sestrske kromatide vsakega kromosoma ločijo drug od drugega in končajo v različnih hčerinskih celicah. Posledično imajo mlade hčerinske celice, ki vstopajo v nov celični cikel, niz 2p2s.
Tako celični cikel zajema časovno obdobje od nastanka celice do njene popolne delitve na dve hčerinski celici in vključuje interfazo (G r, S-, C 2 obdobja) in mitozo (glej sliko 54). To zaporedje obdobij celičnega cikla je značilno za celice, ki se nenehno delijo, na primer za celice zarodne plasti povrhnjice kože, rdečega kostnega mozga, sluznice prebavnega trakta živali in celice izobraževalnega sistema. tkivo rastlin. Sposobni so se deliti vsakih 12-36 ur.
Nasprotno pa večina celic večceličnega organizma ubere pot specializacije in lahko po prehodu dela obdobja Gj preide v t.i. obdobje počitka (Go-obdobje). Celice v obdobju G n opravljajo svoje specifične funkcije v telesu, v njih potekajo presnovni in energetski procesi, ne pride pa do priprave na razmnoževanje. Takšne celice praviloma trajno izgubijo sposobnost delitve. Primeri vključujejo nevrone, celice v očesni leči in številne druge.
Vendar pa lahko nekatere celice, ki so v obdobju Gn (na primer levkociti, jetrne celice), zapustijo in nadaljujejo celični cikel, gredo skozi vsa obdobja interfaze in mitoze. Tako lahko jetrne celice po nekaj mesecih mirovanja ponovno pridobijo sposobnost delitve.
Celična smrt. Smrt (smrt) posameznih celic ali njihovih skupin se nenehno pojavlja v večceličnih organizmih, pa tudi smrt enoceličnih organizmov. Celično smrt lahko razdelimo v dve kategoriji: nekroza (iz gr. nekros- mrtev) in aptozo, ki jo pogosto imenujemo programirana celična smrt ali celo celični samomor.
Nekroza- smrt celic in tkiv v živem organizmu zaradi delovanja škodljivih dejavnikov. Nekrozo lahko povzroči izpostavljenost visokim in nizkim temperaturam, ionizirajočemu sevanju in raznim kemikalijam (vključno s toksini, ki jih sproščajo patogeni). Nekrotično celično smrt opazimo tudi zaradi mehanskih poškodb, motenj oskrbe s krvjo in inervacije tkiv ter alergijskih reakcij.
V poškodovanih celicah pride do motenj prepustnosti membrane, ustavi se sinteza beljakovin, ustavijo se drugi presnovni procesi, uničijo se jedro, organeli in nazadnje celotna celica. Značilnost nekroze je, da so celotne skupine celic podvržene taki smrti (na primer med miokardnim infarktom zaradi prenehanja oskrbe s kisikom odmre del srčne mišice, ki vsebuje veliko celic). Značilno je, da umirajoče celice napadejo levkociti in na območju nekroze se razvije vnetna reakcija.
Apoptoza- programirana celična smrt, ki jo uravnava telo. Med razvojem in delovanjem telesa nekatere njegove celice odmrejo brez neposrednih poškodb. Ta proces poteka v vseh fazah življenja organizma, tudi v obdobju zarodka.
V odraslem telesu se nenehno pojavlja tudi načrtovana celična smrt. Odmre na milijone krvnih celic, povrhnjice kože, sluznice prebavil ... Po ovulaciji odmrejo nekatere folikularne celice jajčnika, po laktaciji pa odmrejo celice mlečnih žlez. V telesu odraslega človeka vsak dan odmre 50–70 milijard celic zaradi apoptoze. Med apoptozo celica razpade na ločene fragmente, obdane s plazmalemo. Značilno je, da delčke odmrlih celic absorbirajo bele krvne celice ali sosednje celice, ne da bi sprožili vnetni odziv. Dopolnitev izgubljenih celic je zagotovljena z delitvijo.
Tako se zdi, da apoptoza prekine neskončnost celičnih delitev. Od svojega »rojstva« do apoptoze gredo celice skozi določeno število normalnih celičnih ciklov. Po vsakem od njih celica preide bodisi v nov celični cikel bodisi v apoptozo.
1. Kaj je celični cikel?
2. Kaj imenujemo interfaza? Kateri glavni dogodki se zgodijo v G r, S- in 0 2 obdobjih interfaze?
3. Za katere celice je značilen G 0 -nepnofl? Kaj se zgodi v tem obdobju?
4. Kako poteka replikacija DNK?
5. Ali so molekule DNK, ki sestavljajo homologne kromosome, enake? V sestavi sestrskih kromatid? Zakaj?
6. Kaj je nekroza? Apoptoza? Kakšne so podobnosti in razlike med nekrozo in apoptozo?
7. Kakšen pomen ima programirana celična smrt v življenju večceličnih organizmov?
8. Zakaj mislite, da je v veliki večini živih organizmov glavni hranilec dednih informacij DNK, RNA pa opravlja le pomožne funkcije?
- § 1. Vsebnost kemičnih elementov v telesu. Makro- in mikroelementi
- § 2. Kemične spojine v živih organizmih. Anorganske snovi
- § 10. Zgodovina odkritja celice. Nastanek celične teorije
- § 15. Endoplazmatski retikulum. Golgijev kompleks. Lizosomi
- § 24. Splošne značilnosti metabolizma in pretvorbe energije
Poglavje 1. Kemične sestavine živih organizmov
Poglavje 2. Celica - strukturna in funkcionalna enota živih organizmov
Poglavje 3. Presnova in pretvorba energije v telesu
Poglavje 4. Strukturna organizacija in regulacija funkcij v živih organizmih
Ta lekcija vam omogoča samostojno preučevanje teme "Življenjski cikel celice". Tukaj bomo govorili o tem, kaj igra pomembno vlogo pri celični delitvi, ki prenaša genetske informacije iz ene generacije v drugo. Preučili boste tudi celoten življenjski cikel celice, ki ga imenujemo tudi zaporedje dogodkov, ki se zgodi od trenutka, ko celica nastane, do njene delitve.
Tema: Razmnoževanje in individualni razvoj organizmov
Lekcija: Življenjski cikel celice
1. Celični cikel
Po celični teoriji nove celice nastanejo šele z delitvijo prejšnjih matičnih celic. Kromosomi, ki vsebujejo molekule DNK, igrajo pomembno vlogo v procesih celične delitve, 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.
Med celičnim ciklusom celica raste in se spreminja, da uspešno opravlja svoje naloge v večceličnem organizmu. Ta proces se imenuje diferenciacija. Celica nato nekaj časa uspešno opravlja svoje naloge, nato pa se začne deliti.
Jasno je, da se vse celice večceličnega organizma ne morejo deliti v nedogled, sicer bi bila vsa bitja, vključno s človekom, nesmrtna.
riž. 1. Fragment molekule DNK
To se ne zgodi, ker so v DNK "geni smrti", ki se pod določenimi pogoji aktivirajo. Sintetizirajo določene encimske proteine, ki uničujejo celične strukture in organele. Posledično se celica skrči in odmre.
Ta programirana celična smrt se imenuje apoptoza. Toda v obdobju od trenutka, ko se celica pojavi, in pred apoptozo gre celica skozi številne delitve.
2. Faze celičnega ciklusa
Celični cikel je sestavljen iz 3 glavnih stopenj:
1. Interfaza je obdobje intenzivne rasti in biosinteze določenih snovi.
2. Mitoza ali kariokineza (delitev jedra).
3. Citokineza (delitev citoplazme).
Opišemo stopnje celičnega cikla podrobneje. Torej, prva je 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 prerazporedijo kot kromosomi med hčerinskimi celicami.
Citokineza je proces ločevanja citoplazme med dvema hčerinskima celicama. Običajno pod imenom mitoza citologija združuje 2. in 3. stopnjo, to je delitev celice (kariokineza) in citoplazmatske delitve (citokineza).
3. Interfaza
Opišemo interfazo podrobneje (slika 2). Interfazo sestavljajo 3 obdobja: G1, S in G2. Prvo obdobje, predsintetično (G1) je faza intenzivne celične rasti.
riž. 2. Glavne faze življenjskega cikla celice.
Tu pride do sinteze določenih snovi, to je najdaljša faza, ki sledi celični delitvi. V tej fazi pride do kopičenja snovi in energije, potrebne za nadaljnje obdobje, to je za podvojitev DNK.
Po sodobnih pojmovanjih se v obdobju G1 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 kromosome. Do konca sintetičnega obdobja je vsak kromosom sestavljen iz dveh kromatid, ki sta med seboj povezani s centromero. V istem obdobju se centrioli podvojijo.
Postsintetično obdobje (G2) nastopi takoj po podvojitvi kromosoma. Traja od 2 do 5 ur.
V tem 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. Kot veste, mikrotubuli tvorijo filament vretena in celica je zdaj pripravljena na mitozo.
4. Postopek podvajanja DNK
Preden preidemo na opis metod celične delitve, razmislimo o procesu podvajanja DNK, ki vodi do nastanka dveh kromatid. Ta proces poteka v sintetičnem obdobju. Podvojitev molekule DNK 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). Nato za vsak nukleotid razvejanih verig DNA encim DNA polimeraza prilagodi 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 hkrati za replikacijo. Zato se replikacija začne v ločenih odsekih molekule DNK, nastanejo kratki fragmenti, ki se nato z določenimi encimi sešijejo v dolgo verigo.
Trajanje celičnega cikla je odvisno od vrste celice in zunanjih dejavnikov, kot so temperatura, razpoložljivost kisika in hranil. Na primer, bakterijske celice se v ugodnih pogojih delijo vsakih 20 minut, epitelne celice črevesja vsakih 8-10 ur, celice vršička čebule pa se delijo 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. Točno leto kasneje je zoolog Theodor Schwann (slika 5) prišel do enakega zaključka, 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
20 let kasneje je Rudolf Virchow (slika 6) razširil celično teorijo in prišel do zaključka, da lahko celice nastanejo iz drugih celic. Zapisal je: »Kjer obstaja celica, mora obstajati predhodna celica, tako kot živali izhajajo samo iz živali, rastline pa samo iz rastline ... Vse žive oblike, bodisi živalski ali rastlinski organizmi ali njihovi sestavni deli, so prevladuje večni zakon nenehnega razvoja."
Struktura kromosoma
Kot veste, imajo kromosomi ključno vlogo pri delitvi celic, saj prenašajo genetske informacije iz ene generacije v drugo. Kromosomi so sestavljeni iz molekule DNA, vezane na histonske proteine. 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 pod svetlobnim mikroskopom.
riž. 7. Kromosomi v profazi 1 mejoze
V razpršenem, to je raztegnjenem stanju kromosomi sodelujejo v vseh biosintetskih procesih oziroma uravnavajo biosintetske 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 neobarvano regijo, imenovano centromera (slika 8).
Domača naloga
1. Kaj je celični cikel? Iz katerih stopenj je sestavljen?
2. Kaj se zgodi s celico med interfazo? Iz katerih stopenj je sestavljena interfaza?
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.
5. Internetni portal Schooltube.
Bibliografija
1. Kamensky A. A., Kriksunov E. A., Pasechnik V. V. Splošna biologija 10-11 razred Bustard, 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 razred. 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.
Višina človeškega telesa nastane zaradi povečanja velikosti in števila celic, slednje pa zagotavlja proces delitve ali mitoze. Celična proliferacija poteka pod vplivom zunajceličnih rastnih faktorjev, same celice pa so podvržene ponavljajočemu se zaporedju dogodkov, znanem kot celični cikel.
Obstajajo štiri glavne faze: G1 (presintetično), S (sintetično), G2 (postsintetično) in M (mitotično). Temu sledi ločitev citoplazme in plazemske membrane, kar povzroči dve enaki hčerinski celici. Faze Gl, S in G2 so del medfaze. Replikacija kromosomov poteka med sintetično fazo ali S fazo.
Večina celice niso predmet aktivne delitve; njihova mitotična aktivnost je potlačena med fazo GO, ki je del faze G1.
Trajanje M-faze je 30-60 minut, medtem ko celoten celični cikel poteka v približno 20 urah.V normalnih (netumorskih) človeških celicah se opravi do 80 mitotskih ciklov, odvisno od starosti.
Procesi celični cikel nadzirajo zaporedno ponavljajoča se aktivacija in inaktivacija ključnih encimov, imenovanih ciklin-odvisne protein kinaze (CDPK), kot tudi njihovih kofaktorjev, ciklinov. V tem primeru pod vplivom fosfokinaz in fosfataz pride do fosforilacije in defosforilacije posebnih kompleksov ciklin-CZK, ki so odgovorni za nastop določenih faz cikla.
Poleg tega na ustreznem stopnje, podobne proteinom CZK povzročijo zbijanje kromosomov, pretrganje jedrske ovojnice in reorganizacijo citoskeletnih mikrotubulov, da nastane fisijsko vreteno (mitotsko vreteno).
G1 faza celičnega cikla
G1 faza- vmesna stopnja med M in S fazo, med katero se poveča količina citoplazme. Poleg tega je na koncu G1 faze prva kontrolna točka, kjer se preveri popravilo DNK in okoljski pogoji (ali so dovolj ugodni za prehod v S fazo).
V primeru jedrske DNK poškodovanih se poveča aktivnost proteina p53, ki stimulira transkripcijo p21. Slednji se veže na specifičen kompleks ciklin-CZK, odgovoren za prehod celice v S-fazo, in zavira njeno delitev v fazi Gl-faze. To omogoča popravljalnim encimom, da popravijo poškodovane fragmente DNA.
Če se pojavijo patologije replikacija proteina p53 okvarjene DNA nadaljuje, kar omogoča delečim celicam kopičenje mutacij in prispeva k razvoju tumorskih procesov. Zato se protein p53 pogosto imenuje "varuh genoma".
G0 faza celičnega cikla
Proliferacija celic pri sesalcih je mogoča le s sodelovanjem celic, ki jih izločajo druge celice. zunajcelični rastni faktorji, ki učinkuje preko kaskadne signalne transdukcije protoonkogenov. Če v fazi G1 celica ne prejme ustreznih signalov, potem izstopi iz celičnega cikla in preide v stanje G0, v katerem lahko ostane več let.
Blok G0 nastane s pomočjo proteinov - zaviralcev mitoze, od katerih je eden retinoblastomski protein(Rb protein), ki ga kodirajo normalni aleli gena za retinoblastom. Ta protein se veže na poševne regulatorne proteine in blokira stimulacijo transkripcije genov, potrebnih za celično proliferacijo.
Ekstracelularni rastni faktorji z aktivacijo uničijo blok Gl-specifični kompleksi ciklin-CZK, ki fosforilirajo Rb protein in spremenijo njegovo konformacijo, zaradi česar se prekine povezava z regulatornimi proteini. Slednji hkrati aktivirajo prepisovanje genov, ki jih kodirajo, kar sproži proces proliferacije.
S faza celičnega cikla
Standardna količina dvojne vijačnice DNK v vsaki celici je ustrezen diploidni niz enoverižnih kromosomov običajno označen kot 2C. Niz 2C se ohranja v fazi G1 in se podvoji (4C) med fazo S, ko se sintetizira nova kromosomska DNA.
Začenši od konca S-faza in do faze M (vključno s fazo G2) vsak vidni kromosom vsebuje dve tesno povezani molekuli DNA, imenovani sestrski kromatidi. Tako je v človeških celicah od konca S-faze do sredine M-faze 23 parov kromosomov (46 vidnih enot), a 4C (92) dvojnih vijačnic jedrske DNA.
V delu mitoza identični nizi kromosomov so porazdeljeni med dve hčerinski celici tako, da vsaka vsebuje 23 parov 2C molekul DNA. Opozoriti je treba, da sta fazi G1 in G0 edini fazi celičnega cikla, med katerima 46 kromosomov v celicah ustreza nizu 2C molekul DNA.
G2 faza celičnega cikla
drugič kontrolna točka, kjer se testira velikost celice, je na koncu faze G2, ki se nahaja med fazo S in mitozo. Poleg tega se na tej stopnji, preden se preide na mitozo, preverita popolnost replikacije in celovitost DNK. Mitoza (M-faza)
1. Profaza. Kromosomi, od katerih je vsak sestavljen iz dveh enakih kromatid, se začnejo kondenzirati in postanejo vidni znotraj jedra. Na nasprotnih polih celice se okoli dveh centrosomov iz tubulinskih vlaken začne oblikovati vretenasti aparat.
2. Prometafaza. Jedrska membrana se deli. Kinetohore se oblikujejo okoli centromer kromosomov. Tubulinska vlakna prodrejo v jedro in se koncentrirajo v bližini kinetohorov ter jih povezujejo z vlakni, ki izhajajo iz centrosomov.
3. Metafaza. Napetost vlaken povzroči, da se kromosomi poravnajo na sredini med poloma vretena in tako tvorijo metafazno ploščo.
4. Anafaza. DNK centromere, ki si jo delijo sestrske kromatide, se podvoji, kromatide pa se ločijo in odmaknejo bližje polom.
5. Telofaza. Ločene sestrske kromatide (ki se od te točke naprej štejejo za kromosome) dosežejo poli. Okrog vsake skupine se pojavi jedrska membrana. Strnjeni kromatin se razprši in nastanejo nukleoli.
6. Citokineza. Celična membrana se skrči in na sredini med poloma nastane cepitvena brazda, ki čez čas loči dve hčerinski celici.
Centrosomski cikel
notri Čas faze G1 loči se par centriolov, povezanih z vsakim centrosomom. Med fazama S in G2 nastane nov hčerinski centriol desno od starih centriolov. Na začetku M faze se centrosom deli in dva hčerinska centrosoma se premakneta proti celičnim polom.
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 se giblje 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. Med fazo 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 (npr. 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 polne mikrotubule, ki medsebojno delujejo, 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. Pri mitozi se pari centriolov, od katerih je vsak sestavljen iz prvotnega in novo oblikovanega, razhajajo do celičnih polov in sodelujejo pri tvorbi mitotskega vretena.
Prometafaza. Jedrska ovojnica razpade na majhne drobce. V območju centromer se pojavijo kinetohori, ki delujejo kot centri za organiziranje mikrotubulov kinetohorov. Odhod kinetohorov iz vsakega kromosoma v obe smeri in njihova interakcija s poli mikrotubulov mitotskega vretena je razlog za premikanje kromosomov.
Metafaza. Kromosomi se nahajajo v ekvatorskem območju vretena. Oblikuje se metafazna plošča, v kateri vsak kromosom drži par kinetohorov in pripadajoči kinetohorski mikrotubuli, usmerjeni na nasprotna pola mitotičnega vretena.
Anafaza– divergenca hčerinskih kromosomov do polov mitotskega vretena s hitrostjo 1 µm/min.
Telofaza. Kromatide se približajo polom, mikrotubuli kinetohorov izginejo, poli pa se še naprej podaljšujejo. Nastane jedrna ovojnica in pojavi se nukleolus.
Citokineza– delitev citoplazme na dva ločena dela. Proces se začne v pozni anafazi ali telofazi. Plazmalema se umakne med obe hčerinski jedri v ravnini, ki je pravokotna na dolgo os vretena. Razcepna brazda se poglobi, med hčerinskimi celicami pa ostane most – preostalo telesce. Nadaljnje uničenje te strukture vodi do popolne ločitve hčerinskih celic.
Regulatorji celične delitve
Proliferacijo celic, ki poteka skozi mitozo, strogo uravnavajo različni molekularni signali. Usklajeno delovanje teh več regulatorjev celičnega cikla zagotavlja tako prehod celic iz faze v fazo celičnega cikla kot tudi natančno izvedbo dogodkov vsake faze. Glavni razlog za pojav proliferativno nenadzorovanih celic so mutacije v genih, 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 najprej omeniti same regulatorje celičnega cikla (cikline, od ciklina odvisne protein kinaze, njihove aktivatorje in inhibitorje) ter tumorske supresorje.
MEJOZA
Med mejozo nastanejo haploidne gamete.
Prva mejotska delitev
Prva delitev mejoze (profaza I, metafaza I, anafaza I in telofaza I) je redukcija.
Profazajaz gre zaporedoma skozi več faz (leptoten, zigoten, pahiten, diploten, diakineza).
Leptoten – kromatin kondenzira, je vsak kromosom sestavljen iz dveh kromatid, povezanih s centromero.
Zigoten– homologni parni kromosomi se zbližajo in pridejo v fizični stik ( sinapsa) v obliki sinaptonemskega kompleksa, ki zagotavlja konjugacijo kromosomov. Na tej stopnji dva sosednja para kromosomov tvorita bivalent.
Pachytena– kromosomi se zadebelijo zaradi spiralizacije. Ločeni odseki konjugiranih kromosomov se križajo med seboj in tvorijo chiasmata. Dogajanje tukaj prečkati- izmenjava odsekov med homolognimi kromosomi očeta in matere.
Diplotena– ločitev konjugiranih kromosomov v vsakem paru kot posledica vzdolžne cepitve sinaptonemskega kompleksa. Kromosomi so razcepljeni po celotni dolžini kompleksa, z izjemo chiasmata. Pri bivalentu 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 in nukleolus izgine. Pojavi se mitotično vreteno.
Metafazajaz. V metafazi I tvorijo tetrade metafazno ploščo. Na splošno so očetovski in materinski kromosomi naključno razporejeni na eni ali drugi strani ekvatorja mitotičnega vretena. Ta vzorec porazdelitve kromosomov je osnova drugega Mendelovega zakona, ki (skupaj s crossing overom) zagotavlja genetske razlike med posamezniki.
Anafazajaz se od anafaze mitoze razlikuje po tem, da se med mitozo sestrske kromatide premikajo 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).