Цей урок дозволяє самостійно вивчити тему. Життєвий циклклітини». На ньому ми поговоримо, що грає головну рольпри клітинному розподілі, що передає генетичну інформацію від покоління до іншого. Також ви вивчите весь життєвий цикл клітини, який ще називають послідовністю подій, що протікають від моменту утворення клітини до її поділу.
Тема: Розмноження та індивідуальний розвитокорганізмів
Урок: Життєвий цикл клітини
Згідно з клітинною теорією, нові клітини виникають тільки шляхом поділу попередніх материнських клітин. , у яких містяться молекули ДНК, грають важливу рольу процесах клітинного поділу, оскільки забезпечують передачу генетичної інформації від покоління до іншого.
Тому дуже важливо, щоб дочірні клітини отримали однакову кількість генетичного матеріалу, і цілком природно, що перед розподілом клітинивідбувається подвоєння генетичного матеріалу, тобто молекул ДНК (рис. 1).
Що таке клітинний цикл? Життєвий цикл клітини- Послідовність подій, що відбуваються від моменту утворення даної клітини до її поділу на дочірні клітини. Згідно з іншим визначенням, клітинний цикл - життя клітини від моменту її появи в результаті поділу материнської клітини до її власного поділу або загибелі.
Протягом клітинного циклуКлітина росте і видозмінюється так, щоб успішно виконувати свої функції в багатоклітинному організмі. Цей процес називається диференціювання. Потім клітина успішно виконує свої функції протягом певного проміжку часу, після чого приступає до поділу.
Зрозуміло, що всі клітини багатоклітинного організмуне можуть ділитися нескінченно, інакше всі істоти, у тому числі й людина, були б безсмертні.
Мал. 1. Фрагмент молекули ДНК
Цього не відбувається, тому що в ДНК є гени смерті, які активуються за певних умов. Вони синтезують певні білки-ферменти, що руйнують структури клітини, її органели. В результаті клітина стискається і гине.
Така запрограмована клітинна смерть зветься апоптозу. Але в період від моменту появи клітини до апоптозу, клітина проходить безліч поділів.
Клітинний цикл складається з 3-х основних стадій:
1. Інтерфаза – період інтенсивного росту та біосинтезу певних речовин.
2. Мітоз, або каріокінез (розподіл ядра).
3. Цитокінез (розподіл цитоплазми).
Давайте докладніше охарактеризуємо стадії клітинного циклу. Отже, перша – це інтерфаза. Інтерфаза - найбільш тривала фаза, період інтенсивного синтезу та зростання. У клітині синтезується багато речовин, необхідні її зростання та здійснення всіх властивих їй функцій. Під час інтерфази відбувається реплікація ДНК.
Мітоз - процес розподілу ядра, у якому хроматиди відокремлюються друг від друга і перерозподіляються як хромосом між дочірніми клітинами.
Цитокінез – процес поділу цитоплазми між двома дочірніми клітинами. Зазвичай під назвою мітоз цитології об'єднують стадію 2 і 3, тобто розподіл клітини (каріокінез), та розподіл цитоплазми (цитокінез).
Давайте детальніше охарактеризуємо інтерфазу (рис. 2). Інтерфаза складається з 3-х періодів: G1, S та G2. Перший період, пресинтетичний (G1) – це фаза інтенсивного росту клітини.
Мал. 2. Основні стадії життєвого циклу клітини.
Тут відбувається синтез певних речовин, це найбільш тривала фаза, яка слідує за розподілом клітин. У цій фазі відбувається накопичення речовин та енергії, необхідної для наступного періоду, тобто для подвоєння ДНК.
Відповідно до сучасних уявлень, у періоді G 1 синтезуються речовини, які інгібують або стимулюють наступний періодклітинного циклу, саме синтетичний період.
Синтетичний період (S) зазвичай триває від 6 до 10 годин, на відміну від пресинтетичного періоду, який може тривати до декількох діб і включає подвоєння ДНК, а також синтез білків, наприклад білків гістонів, які можуть формувати хромосоми. До кінця синтетичного періоду кожна хромосома складається з двох хроматид, з'єднаних один з одним центроміром. У цей період центріолі подвоюються.
Постсинтетичний період (G2), настає відразу після подвоєння хромосом. Він триває від 2-х до 5-ї години.
У цей період накопичується енергія, необхідна для подальшого процесу розподілу клітини, тобто безпосередньо для мітозу.
У цей період відбувається розподіл мітохондрій та хлоропластів, а також синтезуються білки, які згодом утворюватимуть мікротрубочки. Мікротрубочки, як ви знаєте, утворюють нитку веретена поділу, і тепер клітина готова до мітозу.
Перш ніж перейти до опису способів поділу клітини, розглянемо процес подвоєння ДНК, що призводить до утворення двох хроматидів. Цей процес відбувається у синтетичному періоді. Подвоєння молекули ДНК називають реплікацією чи редуплікацією (рис. 3).
Мал. 3. Процес реплікації (редуплікації) ДНК (синтетичний період інтерфази). Фермент геліказу (зелений) розплітає подвійну спіраль ДНК, а ДНК-полімерази (блакитний та помаранчевий) добудовують комплементарні нуклеотиди.
Під час реплікації частина молекули материнської ДНК розплітається на дві нитки за допомогою спеціального ферменту – хелікази. Причому це досягається розривом водневих зв'язків між комплементарними азотистими основами (А-Т та Г-Ц). Далі до кожного нуклеотиду ниток ДНК, що розійшлися, фермент ДНК полімерази підлаштовує комплементарний йому нуклеотид.
Так утворюються дві дволанцюгові молекули ДНК, до складу кожної з якої входить один ланцюжок материнської молекули і один новий дочірній ланцюжок. Ці дві молекули ДНК є абсолютно ідентичними.
Розплести для реплікації всю велику молекулу ДНК одночасно неможливо. Тому реплікація починається в окремих ділянках молекули ДНК, утворюються короткі фрагменти, які потім зшиваються у довгу нитку за допомогою певних ферментів.
Тривалість клітинного циклу залежить від типу клітини та від зовнішніх факторів, таких як температура, наявність кисню, наявність поживних речовин. Наприклад, бактеріальні клітини у сприятливих умовах діляться кожні 20 хвилин, клітини епітелію кишечника кожні 8-10 годин, а клітини кінчиків коріння цибулі діляться кожні 20 годин. А деякі клітини нервової системиніколи не діляться.
Виникнення клітинної теорії
У XVII столітті англійський лікар Роберт Гук (рис. 4), використовуючи саморобний світловий мікроскоп, побачив, що пробки та інші рослинні тканини складаються з маленьких осередків, розділених перегородками. Він їх назвав клітками.
Мал. 4. Роберт Гук
В 1738 німецький ботанік Маттіас Шлейден (рис. 5) дійшов висновку, що рослинні тканини складаються з клітин. Рівно через рік зоолог Теодор Шванн (рис. 5) дійшов такого ж висновку, але щодо тканин тварин.
Мал. 5. Маттіас Шлейден (ліворуч) Теодор Шванн (праворуч)
Він зробив висновок, що тваринні тканини, так само як і рослинні, складаються з клітин і що клітини є основою життя. З клітинних даних вчені сформулювали клітинну теорію.
Мал. 6. Рудольф Вірхов
Через 20 років Рудольф Вірхов (рис. 6) розширив клітинну теорію і дійшов висновку, що клітини можуть з'являтися з інших клітин. Він писав: «Де існує клітина, там має бути і попередня клітина, точно так, як тварини походять тільки від тварини, а рослини – тільки від рослини… Над усіма живими формами, чи то організми тварин чи рослин, чи їх складові, панує вічний закон безперервного розвитку».
Будова хромосом
Як ви знаєте, хромосоми відіграють ключову роль у клітинному розподілі, оскільки передають генетичну інформацію від одного покоління до іншого. Хромосоми складаються із молекули ДНК, пов'язаної з білками гістонами. Також до складу рибосом входить невелика кількість РНК.
У клітинах, що діляться, хромосоми представлені у вигляді довгих тонких ниток, рівномірно розподілених по всьому об'єму ядра.
Окремі хромосоми не помітні, та їх хромосомний матеріал забарвлюється основними барвниками і називається хроматином. Перед поділом клітини хромосоми (мал. 7) товщають і коротшають, що дозволяє їх добре бачити у світловий мікроскоп.
Мал. 7. Хромосоми у профазі 1 мейозу
У диспергированном, тобто розтягнутому стані, хромосоми беруть участь у всіх процесах біосинтезу або регулюють процеси біосинтезу, а під час клітинного поділу ця їхня функція припиняється.
За всіх форм клітинного поділу ДНК кожної хромосоми реплікується, так що утворюються два ідентичні, подвійні полінуклеотидні ланцюги ДНК.
Мал. 8. Будова хромосоми
Ці ланцюги оточуються білковою оболонкою і на початку клітинного поділу мають вигляд ідентичних ниток, що лежать пліч-о-пліч. Кожна нитка носить назву хроматиди і з'єднана з другою ниткою ділянкою, що не фарбується, яка носить назву центроміри (рис. 8).
Домашнє завдання
1. Що таке клітинний цикл? З яких стадій він складається?
2. Що відбувається з клітиною під час інтерфази? Із яких етапів складається інтерфаза?
3. Що таке реплікація? Яким є її біологічне значення? Коли воно відбувається? Які речовини у ній беруть участь?
4. Як зародилася клітинна теорія? Назвіть імена вчених, які брали участь у її становленні.
5. Що таке хромосома? Яка роль хромосом у клітинному поділі?
1. Технічна та гуманітарна література ().
2. Єдина колекція Цифрових Освітніх Ресурсів ().
3. Єдина колекція Цифрових Освітніх Ресурсів ().
4. Єдина колекція Цифрових Освітніх Ресурсів ().
Список літератури
1. Кам'янський А. А., Криксунов Є. А., Пасічник В. В. Загальна біологія 10-11 клас Дрофа, 2005.
2. Біологія. 10 клас. Загальна біологія. Базовий рівень / П. В. Іжевський, О. А. Корнілова, Т. Є. Лощіліна та ін. - 2-ге вид., Перероблене. – Вентана-Граф, 2010. – 224 стор.
3. Бєляєв Д. К. Біологія 10-11 клас. Загальна біологія. Базовий рівень. - 11-те вид., стереотип. – К.: Просвітництво, 2012. – 304 с.
4. Біологія 11 клас. Загальна біологія. Профільний рівень / В. Б. Захаров, С. Г. Мамонтов, Н. І. Сонін та ін. – 5-те вид., стереотип. – Дрофа, 2010. – 388 с.
5. Агафонова І. Б., Захарова Є. Т., Сивоглазов В. І. Біологія 10-11 клас. Загальна біологія. Базовий рівень. - 6-те вид., Дод. – Дрофа, 2010. – 384 с.
Період життя клітини від моменту її народження в результаті поділу материнської клітини до наступного поділу або смерті називається життєвим (клітинним) циклом клітини.
| Клітинний цикл здатних до розмноження клітин включає дві стадії: - ІНТЕРФАЗ (стадія між поділами, інтеркінез); - ПЕРІОД ДІЛЕННЯ (мітоз). В інтерфазі відбувається підготовка клітини до поділу – синтез різних речовин, але основним є подвоєння ДНК. За тривалістю вона становить більшу частину життєвого циклу. Інтерфаза складається з 3-х періодів: 1) Передсинтетичний - G1 (джи один) - настає відразу після закінчення поділу. Клітина росте, накопичує різні речовини (багаті на енергію), нуклеотиди, амінокислоти, ферменти. Готується до синтезу ДНК. Хромосома містить 1 молекулу ДНК (1 хроматиду). 2) Синтетичний – S відбувається подвоєння матеріалу – реплікація молекул ДНК. Посилено синтезується білки та РНК. Відбувається подвоєння числа центріолей. |
3) Постсинтетичний G2 – передмітотичний, продовжується синтез РНК. Хромосоми містять дві свої копії - хроматиди, кожна з яких несе по першій молекулі ДНК (двониткоподібна). Клітина готова до поділу хромосоми спералізується.
Амітоз – прямий поділ
Мітоз - непрямий поділ
Мейоз – редукційний поділ
АМІТОЗ- зустрічається рідко, особливо у старіючих клітин або при патологічних станах(Репарація тканин), ядро залишається в інтефазному стані, хромосоми не спералізуються. Ядро ділиться шляхом перетяжки. Цитоплазма може не ділиться, тоді утворюються двоядерні клітини.
Мітоз- Універсальний спосіб поділу. У життєвому циклі він становить лише малу частину. Цикл епітемальних клітин кишечника кішки становить 20 – 22 год., Мітоз – 1 год. Мітоз складається із 4-х фаз.
1) ПРОФАЗ - відбувається укорочення і потовщення хромосом (спіралізація) вони добре видно. Хромосоми складаються із 2-х хроматид (подвоєння в періоді інтерфази). Ядро і ядерна оболонка розпадаються, цитоплазма і каріоплазма змішуються. Кліткові центри, що розділилися, розходяться по довгій осі клітини до полюсів. Утворюється веретено поділу (що складається з пружних білкових ниток).
2) МЕТОФАЗ - хромосоми розташовуються в одній площині по екватору, утворюючи метафазну пластинку. Веретено поділу складається з 2-х типів ниток: одні з'єднують клітинні центри, другі - (число їх = числу хромосом 46) прикріплені, одним кінцем до центросоми (клітинного центру), інший до центроміру хромосоми. Центромера теж починає ділитися на 2. Хромосоми (наприкінці) розщеплюються у сфері центроміри.
3)АНАФАЗА - найкоротша фаза мітозу. Нитки веретена поділу починають коротшати і хроматиди кожної хромосоми віддаляються один від одного у напрямку до полюсів. Кожна хромосома складається лише з 1 хроматиди.
4) ТІЛОФАЗА – хромосоми концентруються у відповідних клітинних центрів, деспіралізуються. Формуються ядерця, ядерна оболонка, утворюється мембрана, що відокремлює сестринські клітини одна від одної. Сестринські клітини розходяться.
Біологічне значенняМітоза полягає в тому, що в результаті його кожна дочірня клітина отримує такий самий набір хромосом, а отже, і таку ж генетичну інформацію, якими володіла материнська клітина.
7. МЕЙОЗ – ПОДІЛ, ПОСПІВАННЯ ПІДЛОВИХ КЛІТИН
Сутність статевого розмноження полягає у злитті 2-х ядер статевих клітин (гамет) сперматозоїдів (чоловік) та яйцеклітини (дружин). У процесі розвитку статеві клітини зазнають мітотичного поділу, а в період дозрівання – мейотичне. Тому зрілі статеві клітини містять гаплоїдний набір хромосом (п): П+П=2П (зигота). Якби гамети мали 2п (диплоїдн.), Нащадки мали б тетраплоидное (2п+2п)=4п число хромосом і т.д. Число хромосом у батьків і нащадків залишається незмінним. Зменшення числа хромосом удвічі відбувається шляхом мейозу (гаметогенез). Він складається з 2-х поділів, що йдуть один за одним:
Редукційного
Екваційного (зрівняльного)
без інтерфази між ними.
ПРОФАЗ 1 ВІДРІЗНЯЄТЬСЯ ВІД ПРОФАЗ МІТОЗУ.
1.Лептонема (тонкі нитки) у ядрі диплоїдний набір (2п) довгих тонких хромосом 46 шт.
2.Зигонема – гомологічні хромосоми (парні) – 23 пари в людини кон'югують (блискавка) «припасування» гена до гена з'єднуються по всій довжині 2п – 23 шт.
3. Пахінема (товсті нитки) гомолог. хромосоми тісно пов'язані (бівалентні). Кожна хромосома складається із 2-х хроматид, тобто. бівалент - з 4-х хроматид.
4.Диплонема (подвійні нитки) кон'югування хромосоми відштовхуються один від одного. Відбувається перекручування, а іноді обмін частинами, що обломилися, хромосом – перехрест (кросинговер) – це різко збільшує спадкову мінливість, нові комбінації генів.
5.Діакінез (рух в далечінь) - закінчується профаза хромосоми спералізуються, ядерна оболонка, розпадається і настає друга фаза - метафаза першого поділу.
Метафаза 1 – за екватором клітини лежать біваленти (зошити), веретено поділу сформовано (23 пари).
Анафаза 1 - до кожного полюса розходяться не по 1-й хроматиді, а по 2 хромосоми. Зв'язок між гомологічними хромосомами послаблюються. Парні хромосоми відходять одна від одної до різних полюсів. Утворюється гаплоїдний набір.
Телофаза 1 – у полюсів веретена збирається одинарний, гаплоїдний набір хромосом, у яких кожен вид хромосом представлений не парою, а першою хромосомою, що складається з 2-х хроматид, цитоплазма не завжди ділиться.
Мейоз 1-розподіл призводить до утворення клітин, які несуть гаплоїдний набір хромосом, але хромосоми складаються з 2-х хроматид, тобто. мають подвоєну кількість ДНК. Тому клітини вже готові до другого поділу.
Мейоз 2розподіл (еквівалентний). Усі стадії: профаза 2, метафаза 2, анафаза 2 та телофаза 2. Проходить як мітоз, але діляться гаплоїдні клітини.
В результаті поділу материнські двонитчасті хромосоми, розщеплюючись, утворюють однонитчасті дочірні хромосоми. У кожній клітині (4) буде гаплоїдний набір хромосом.
Т.О. в результаті 2-х метотичних поділів відбувається:
Збільшується спадкова мінливість завдяки різним комбінаціям хромосом у дочірніх наборах
Число можливих комбінацій пар хромосом = 2 у ступені n (число хромосом у гаплоїдному наборі 23 – людина).
Основні призначення мейозу полягає у створенні клітин з гаплоїдним набором хромосом – здійснюється завдяки утворенню на початку 1 мейотичного поділу пар гомологічних хромосом і подальшому розбіжності гомологів у різні дочірні клітини. Освіта чоловічих статевих клітин – це сперматогенез, жіночих – овогенез.
Клітинний цикл(cyclus cellularis) - це період від одного до іншого поділу клітини або період від поділу клітини до її загибелі. Клітинний цикл поділяється на 4 періоди.
Перший період – мітотичний;
2-й постмітотичний, або пресинтетичний, він позначається буквою G1;
3-й – синтетичний, він позначається буквою S;
4-й - постсинтетичний, або премітотичний, він позначається буквою G 2
а мітотичний період – літерою М.
Після мітозу настає черговий період G1. У цей період дочірня клітина за своєю масою в 2 рази менша від материнської клітини. У цій клітині в 2 рази менше білка, ДНК та хромосом, тобто в нормі хромосом у ній має бути 2п та ДНК – 2с.
Що відбувається в періоді G1? У цей час на поверхні ДНК відбувається транскрипція РНК, які беруть участь у синтезі білків. За рахунок білків зростає маса дочірньої клітини. У цей час синтезуються попередники ДНК та ферменти, що беруть участь у синтезі ДНК та попередників ДНК. Основні процеси в періоді G1 – синтез білків та рецепторів клітини. Потім настає період S. Протягом цього періоду відбувається реплікація хромосом ДНК. Внаслідок цього до кінця періоду S вміст ДНК становить 4с. Але хромосом буде 2п, хоча фактично їх також буде 4п, але ДНК хромосом у цей період так взаємно переплетені, що кожна сестринська хромосома в материнській хромосомі поки не видно. У міру того, як в результаті синтезу ДНК збільшується їх кількість і підвищується транскрипція рибосомних, інформаційних і транспортних РНК, природно зростає і синтез білків. У цей час може відбуватися подвоєння центріолей у клітинах. Таким чином, клітина з періоду S набуває періоду G 2 . На початку періоду G 2 продовжується активний процестранскрипції різних РНК та процес синтезу білків, головним чином білків-тубулінів, які необхідні для веретена поділу. Може відбуватись подвоєння центріолей. У мітохондріях інтенсивно синтезується АТФ, яка є джерелом енергії, а енергія необхідна для мітотичного поділу клітини. Після періоду G 2 клітина входить у мітотичний період.
Деякі клітини можуть виходити із клітинного циклу. Вихід клітини із клітинного циклу позначається буквою G0. Клітина, що у цей період, втрачає здатність до мітозу. Причому одні клітини втрачають здатність до мітозу тимчасово, інші – постійно.
У тому випадку, якщо клітина тимчасово втрачає здатність до мітотичного поділу, вона піддається початковому диференціювання. При цьому диференційована клітина спеціалізується на виконання певної функції. Після початкової диференціювання ця клітина здатна повернутися в клітинний цикл і вступити в період Gj і після проходження періоду S і періоду G 2 зазнати мітотичного поділу.
Де в організмі знаходяться клітини в періоді G0? Такі клітини перебувають у печінці. Але у випадку, якщо печінку пошкоджено або частину її видалено оперативним шляхом, тоді всі клітини, що зазнали початкового диференціювання, повертаються в клітинний цикл, і за рахунок їхнього поділу відбувається швидке відновленняпаренхімних клітин печінки
Стовбурові клітини також знаходяться в періоді G 0 але, коли стовбурова клітинапочинає ділитися, вона проходить усі періоди інтерфази: G1, S, G2.
Ті клітини, які остаточно втрачають здатність до мітотичного поділу, піддаються спочатку початкового диференціювання і виконують певні функції, а потім остаточного диференціювання. При остаточній диференціації клітина неспроможна повернутися в клітинний цикл і зрештою гине. Де в організмі є такі клітини? По-перше, це клітини крові. Гранулоцити крові, що зазнали диференціювання, функціонують протягом 8 діб, а потім гинуть. Еритроцити крові функціонують протягом 120 діб, потім також гинуть (у селезінці). По-друге, це клітини епідермісу шкіри. Клітини епідермісу піддаються спочатку початковій, потім остаточної диференціювання, в результаті якої вони перетворюються на рогові лусочки, які потім злущуються з поверхні епідермісу. В епідермісі шкіри клітини можуть перебувати в періоді G0, періоді G1, періоді G2 та в періоді S.
Тканини з клітинами, що часто діляться, уражаються сильніше тканин з клітинами, що рідко діляться, тому що ряд хімічних і фізичних факторівруйнують мікротубули веретена поділу.
Мітоз
Мітоз принципово відрізняється від прямого поділу або амітозу тим, що під час мітозу відбувається рівномірний розподіл хромосомного матеріалу між дочірніми клітинами. Мітоз поділяється на 4 фази. 1-я фаза називається профазою, 2-а - метафазою, 3-тя - анафазою, 4-а - телофазою.
Якщо в клітині є половинний (гаплоїдний) набір хромосом, що становить 23 хромосоми (статеві клітини), такий набір позначається символом In хромосом і 1с ДНК, якщо диплоїдний - 2п хромосом і 2с ДНК (соматичні клітини відразу після мітотичного поділу), анеуплоїдний набір - В аномальних клітинах.
Профаза.Профаза ділиться на ранню та пізню. Під час ранньої профази відбувається спіралізація хромосом, і вони стають помітними у вигляді тонких ниток і утворюють щільний клубок, тобто утворюється фігура щільного клубка. При настанні пізньої профази хромосоми ще більше спіралізуються, внаслідок чого закриваються гени ядерних організаторів хромосом. Тому припиняються транскрипція рРНК та утворення субодиниць хромосом, і ядерце зникає. Одночасно із цим відбувається фрагментація ядерної оболонки. Фрагменти ядерної оболонки згортаються у невеликі вакуолі. У цитоплазмі зменшується кількість гранулярної ЕПС. Цистерни гранулярної ЕПС фрагментуються більш дрібні структури. Кількість рибосом лежить на поверхні мембран ЕПС різко зменшується. Це призводить до зменшення синтезу білків на 75%. На цей момент відбувається подвоєння клітинного центру. 2 клітинних центри, що утворилися, починають розходитися до полюсів. Кожен із новостворених клітинних центрів складається з 2 центріолей: материнської та дочірньої.
За участю клітинних центрів починає формуватися веретено поділу, що складається з мікротубул. Хромосоми продовжують спіралізуватися, і в результаті утворюється пухкий клубок хромосом, розташований у цитоплазмі. Таким чином, пізня профаза характеризується пухким клубком хромосом.
Метафаза.Під час метафази стають видимими хроматиди материнських хромосом. Материнські хромосоми вишиковуються в площині екватора. Якщо дивитися на ці хромосоми з боку екватора клітини, то вони сприймаються як екваторіальна платівка(Lamina equatorialis). У тому випадку, якщо дивитися на цю пластинку з боку полюса, то вона сприймається як материнська зірка(Monastr). Під час метафази завершується формування веретену поділу. У веретені поділу видно два різновиди мікротубул. Одні мікротубули формуються від клітинного центру, тобто від центріолі, і називаються центріолярними мікротубулами(Microtubuli cenriolaris). Інші мікротубули починають формуватися від кінетохор хромосом. Що таке кінетохори? У сфері первинних перетяжок хромосом є звані кинетохори. Ці кінетохори мають здатність індукувати самоскладання мікротубул. Ось звідси і починаються мікротубули, які зростають у бік клітинних центрів. Таким чином, кінці кінетохорних мікротубул заходять між кінцями центріолярних мікротубул.
Анафаза.Під час анафази відбувається одночасне відділення дочірніх хромосом (хроматид), які починають рухатись одні до одного, інші до іншого полюса. У цьому з'являється подвійна зірка, т. е. 2 дочірні зірки (diastr). Рух зірок здійснюється завдяки веретену поділу і тому, що самі полюси клітини дещо віддаляються одна від одної.
Механізм, рух дочірніх зірок.Цей рух забезпечується тим, що кінці кінетохорних мікротубул ковзають уздовж кінців центріолярних мікротубул і тягнуть хроматиди дочірніх зірок у бік полюсів.
Телофаза.Під час телофази відбувається зупинка руху дочірніх зірок та починають формуватися ядра. Хромосоми піддаються деспіралізації, навколо хромосом починає формуватися ядерна оболонка (нуклеолема). Оскільки деспіралізації піддаються фібрили ДНК хромосом, так починається транскрипція.
РНК на генах, що відкрилися. Так як відбувається деспіралізація фібрил ДНК хромосом, в ділянці ядерцевих організаторів починають транскрибуватися рРНК у вигляді тонких ниток, тобто формується фібрилярний апарат ядерця. Потім до фібрил рРНК транспортуються рибосомні білки, які комплексуються з рРНК, в результаті чого формуються субодиниці рибосом, тобто утворюється гранулярний компонент ядерця. Це відбувається вже у пізній телофазі. Цитотомія,т. е. освіту перетяжки. При утворенні перетяжки екватором відбувається вп'ячування цитолеми. Механізм вп'ячування наступний. За екватором розташовуються тонофіламенти, що складаються зі скорочувальних білків. Ось ці тонофіламенти і втягують цітолему. Потім відбувається відділення цитолеми однієї дочірньої клітини від іншої такої ж дочірньої клітини. Так, у результаті мітозу формуються нові дочірні клітини. Дочірні клітини в 2 рази менші за масою порівняно з материнською. Вони також менше кількість ДНК - відповідає 2с, і вдвічі менше кількість хромосом - відповідає 2п. Так, мітотичним розподілом, закінчується клітинний цикл.
Біологічне значення мітозуполягає в тому, що за рахунок розподілу відбувається зростання організму, фізіологічна та репаративна регенерація клітин, тканин та органів.
Матеріал з Вікіпедії – вільної енциклопедії
Клітинний цикл- це період існування клітини від моменту її утворення шляхом поділу материнської клітини до власного поділу чи загибелі.
Тривалість клітинного циклу еукаріотів
Тривалість клітинного циклу в різних клітинах варіюється. Клітини дорослих організмів, що швидко розмножуються, такі як кровотворні або базальні клітини епідермісу і тонкої кишки, можуть входити в клітинний цикл кожні 12-36 год. Короткі клітинні цикли (близько 30 хв) спостерігаються при швидкому дробленні яєць голкошкірих, земноводних та інших тварин. В експериментальних умовах короткий клітинний цикл (близько 20 год) мають багато ліній клітинних культур. У більшості клітин, що активно діляться, тривалість періоду між мітозами становить приблизно 10-24 год.
Фази клітинного циклу еукаріотів
Клітинний цикл еукаріотів складається з двох періодів:
- Період клітинного росту, званий «інтерфаза», під час якого йде синтез ДНК та білків та здійснюється підготовка до поділу клітини.
- Період клітинного поділу, званий "фаза М" (від слова mitosis - мітоз).
Інтерфаза складається з кількох періодів:
- G1-фази (від англ. gap- Проміжок), або фази початкового зростання, під час якої йде синтез мРНК, білків, інших клітинних компонентів;
- S-фази (від англ. synthesis- Синтез), під час якої йде реплікація ДНК клітинного ядра, також відбувається подвоєння центріолей (якщо вони, звичайно, є).
- G 2 -фази, під час якої йде підготовка до мітозу.
У клітин, що диференціювалися, більше не діляться, в клітинному циклі може бути відсутній G 1 фаза. Такі клітини знаходяться у фазі спокою G0.
Період клітинного поділу (фаза М) включає дві стадії:
- каріокінез (розподіл клітинного ядра);
- цитокінез (розподіл цитоплазми).
У свою чергу, мітоз ділиться на п'ять стадій.
Опис клітинного поділу базується на даних світлової мікроскопії у поєднанні з мікрокінозйомкою та на результатах світлової та електронної мікроскопії фіксованих та пофарбованих клітин.
Регулювання клітинного циклу
Закономірна послідовність зміни періодів клітинного циклу здійснюється при взаємодії таких білків, як циклін-залежні кінази та цикліни. Клітини , що у G 0 фазі, можуть в клітинний цикл при дії ними чинників зростання . Різні факториросту, такі як тромбоцитарний, епідермальний, фактор росту нервів, зв'язуючись зі своїми рецепторами, запускають внутрішньоклітинний сигнальний каскад, що призводить до транскрипції генів циклінів і циклін-залежних кіназ. Циклін-залежні кінази стають активними лише за взаємодії з відповідними циклінами. Зміст різних циклінів у клітині змінюється протягом усього клітинного циклу. Циклін є регуляторною компонентою комплексу циклін-циклін-залежна кіназа. Кіназа є каталітичним компонентом цього комплексу. Кінази не активні без циклінів. на різних стадіяхклітинного циклу синтезуються різні цикліни. Так, вміст цикліну B в ооцитах жаби досягає максимуму до моменту мітозу, коли запускається весь каскад реакцій фосфорилювання, що каталізуються комплексом циклін-В/циклін-залежна кіназа. До закінчення мітозу циклін швидко руйнується протеїназами.
Контрольні точки клітинного циклу
Для визначення завершення кожної фази клітинного циклу потрібна наявність у ньому контрольних точок. Якщо клітина «проходить» контрольну точку, вона продовжує «рухатися» по клітинному циклу. Якщо ж будь-які обставини, наприклад, пошкодження ДНК, заважають клітині пройти через контрольну точку, яку можна порівняти зі свого роду контрольним пунктом, то клітина зупиняється і іншої фази клітинного циклу не настає, принаймні, доки не будуть усунуті перешкоди, що не дозволяли клітині пройти через контрольний пункт. Існує як мінімум чотири контрольні точки клітинного циклу: точка в G1, де перевіряється інтактність ДНК, перед входженням у S-фазу, звірювальна точка в S-фазі, в якій перевіряється правильність реплікації ДНК, звірювальна точка в G2, в якій перевіряються ушкодження, пропущені при проходженні попередніх точок звіряння, або отримані на наступних стадіях клітинного циклу. У G2-фазі детектується повнота реплікації ДНК і клітини, в яких ДНК недореплікована, не входять до мітозу. У контрольній точці складання веретена поділу перевіряється, чи всі кінетохори прикріплені до мікротрубочок.
Порушення клітинного циклу та утворення пухлин
Порушення нормальної регуляції клітинного циклу причиною появи більшості твердих пухлин. У клітинному циклі, як уже говорилося, проходження контрольних пунктів його можливе лише у разі нормального завершення попередніх етапів та відсутності поломок. Для пухлинних клітинхарактерні зміни компонентів звірювальних точок клітинного циклу. При інактивації звірювальних точок клітинного циклу спостерігається дисфункція деяких пухлинних супресорів та протоонкогенів, зокрема p53, pRb, Myc та Ras. Білок p53 є одним з факторів транскрипції, який ініціює синтез білка p21, що є інгібітором комплексу CDK-циклін, що призводить до зупинки клітинного циклу G1 і G2 періоді. Таким чином, клітина, у якої пошкоджена ДНК, не вступає в S-фазу. При мутаціях, що призводять до втрати генів білка p53, або при їх змінах, блокади клітинного циклу не відбувається, клітини вступають у мітоз, що призводить до появи мутантних клітин, більшість з яких є нежиттєздатною, інша - дає початок злоякісним клітинам.
Напишіть відгук про статтю "Клітинний цикл"
Література
- Кольман Я., Рем До., Вірт Ю., (2000). 'Наочна біохімія',
- Ченців Ю. С., (2004). 'Введення в клітинну біологію'. М.: ІКЦ «Академкнига»
- Копнін Б. П., 'Механізми дії онкогенів та пухлинних супресорів'
Посилання
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Уривок, що характеризує клітинний цикл
«Мешканці Москви!Нещастя ваші жорстокі, але його величність імператор і король хоче припинити перебіг цих. Страшні приклади вас навчили, яким чином він карає непослух та злочин. Суворі заходи вжито, щоб припинити безлад і повернути спільну безпеку. Вітчизняна адміністрація, обрана із самих вас, складатиме ваш муніципалітет чи міське правління. Воно буде дбати про вас, про ваші потреби, про вашу користь. Члени його відрізняються червоною стрічкою, яку носитимуть через плече, а градський голова матиме понад той білий пояс. Але, виключаючи час їхньої посади, вони матимуть лише червону стрічку навколо лівої руки.
Міська поліція заснована за колишнім положенням, а через її діяльність вже найкращий існує порядок. Уряд призначив двох генеральних комісарів, чи поліцмейстерів, і двадцять комісарів, чи приватних приставів, поставлених у всіх частинах міста. Ви їх дізнаєтесь по білій стрічці, яку вони носитимуть навколо лівої руки. Деякі церкви різного сповідання відкриті, й у них безперешкодно вирушає божественна служба. Ваші співгромадяни повертаються щодня у свої житла, і дано накази, щоб вони в них знаходили допомогу та заступництво, що наслідують нещастя. Ці є кошти, які уряд використав, щоб повернути порядок і полегшити ваше становище; але, щоб досягти до того, потрібно, щоб ви з ним поєднали ваші старання, щоб забули, якщо можна, ваші нещастя, які зазнали, віддалися надії не такої жорстокої долі, були впевнені, що неминуча і ганебна смерть чекає на тих, котрі сміються на ваші особи і ваші майна, що залишилися, а наостанок і не сумнівалися, що вони будуть збережені, бо така є воля найбільшого і справедливого з усіх монархів. Солдати та мешканці, якою б ви нації не були! Відновіть громадську довіру, джерело щастя держави, живіть, як брати, дайте взаємно одне одному допомогу і заступництво, з'єднайтеся, щоб спростувати наміри лихих, коріться військовим і цивільним начальствам, і невдовзі ваші сльози текти перестануть».
Щодо продовольства війська, Наполеон наказав усім військам по черзі ходити до Москви a la maraude для заготівлі собі провіанту, так, щоб таким чином армія була забезпечена на майбутній час.
Щодо релігійного, Наполеон наказав ramener les popes [привести назад попів] та відновити служіння у церквах.
У торговому відношенні та для продовольства армії було розвішено скрізь таке:
Проголошення
«Ви, спокійні московські жителі, майстрові та робітники люди, яких нещастя видалили з міста, і ви, розпорошені землероби, яких безпідставний страх ще затримує в полях, слухайте! Тиша повертається до цієї столиці, і порядок у ній відновлюється. Ваші земляки виходять сміливо зі своїх сховищ, бачачи, що їх шанують. Будь-яке насильство, вчинене проти їхньої та їхньої власності, негайно карається. Його величність імператор і король їх опікується і між вами нікого не шанує за своїх ворогів, крім тих, які прослуховуються його наказам. Він хоче припинити ваші нещастя і повернути вас вашим дворам та вашим родинам. Відповідайте ж його благодійним намірам і приходьте до нас без жодної небезпеки. Мешканці! Повертайтеся з довірою у ваші оселі: ви скоро знайдете способи задовольнити ваші потреби! Ремісники та працьовиті майстрові! Приходьте назад до ваших рукоділля: доми, лавки, охоронні варти вас чекають, а за вашу роботу отримаєте належну вам плату! І ви, нарешті, селяни, виходите з лісів, де від жаху втекли, повертайтеся без страху у ваші хати, упевнені, що знайдете захист. Лабази засновані у місті, куди селяни можуть привозити зайві свої запаси та земельні рослини. Уряд вжив таких заходів, щоб забезпечити їм вільний продаж: 1) Вважаючи від цього числа, селяни, землероби і живуть на околицях Москви можуть без будь-якої небезпеки привозити до міста свої припаси, хоч би якого роду були, у двох призначених лабазах, тобто на Мохову і в Охотний ряд. 2) Ці продовольства купуватимуться в них за такою ціною, на яку покупець і продавець погодяться між собою; але якщо продавець не отримає необхідну їм справедливу ціну, то вільний буде повезти їх назад у своє село, в чому ніхто йому ні в якому разі перешкоджати не може. 3) Кожної неділі та середи призначені щотижня для великих торгових днів; чому достатня кількість військ буде розставлено по вівторках і суботах на всіх великих дорогах, на такій відстані від міста, щоб захищати ті обози. 4) Такі ж заходи будуть взяті, щоб на шляху селянам зі своїми візками і кіньми не було перешкоди. 5) Негайно кошти будуть використані для відновлення звичайних торгів. Жителі міста та сіл, і ви, працівники та майстрові, якою б ви нації не були! Вас закликають виконувати батьківські наміри його величності імператора та короля та сприяти з ним до спільного благополуччя. Несіть до його стоп пошану і довіру і не зволікайте з'єднатися з нами!
Щодо підняття духу війська і народу, безперервно робилися огляди, лунали нагороди. Імператор роз'їжджав верхи вулицями і втішав жителів; і, незважаючи на всю занепокоєність державними справами, сам відвідав засновані на його наказ театри.
Щодо благодійності, кращої доблесті вінценосців, Наполеон робив також усе, що від нього залежало. На богоугодних закладах він наказав надписати Maison de ma mere [Будинок моєї матері], поєднуючи цим актом ніжне синівське почуття з величчю чесноти монарха. Він відвідав Виховний дім і, давши поцілувати свої білі руки врятованим їм сиротам, милостиво розмовляв з Тутолміним. Потім, за красномовним викладом Тьєра, він велів роздати платню своїм військам російськими, зробленими ним, фальшивими грошима. Relevant l'emploi de ces moyens par un acte digue de lui et de l'armee Francaise, il fit distribuer des secours aux incendies. Mais les vivres etant trop precieux pour etre donnes a des etrangers la plupart ennemis, Napoleon aima mieux leur fournir de l'argent afin qu'ils se fournissent au dehors, et il leur fit distribuer des roubles papiers. [Підвищуючи вживання цих заходів дією, гідною його і французької армії, він наказав роздати допомогу погорілим. Але, оскільки їстівні запаси були занадто дорогі для того, щоб давати їх людям чужої землі і здебільшого вороже розташованим, Наполеон вважав за краще дати їм грошей, щоб вони добували собі продовольство на стороні; і він наказав одягати їх паперовими рублями.]
Фази G1, S та G2 клітинного циклу разом називаються інтерфазою. Клітка, що ділиться, проводить більшу частину свого часу саме в інтерфазі, оскільки при підготовці до поділу вона росте. Фаза мітозу пов'язана з поділом ядерних з наступним цитокінезом (розподіл цитоплазми на дві окремі клітини). Наприкінці мітотичного циклу утворюються дві різні. Кожна клітка містить ідентичний генетичний матеріал.
Час, необхідне завершення поділу клітини залежить від її типу. Наприклад, клітини в кістковому мозку, клітини шкіри, клітини шлунка та кишечника, діляться швидко і постійно. Інші клітини діляться за потреби, замінюючи пошкоджені або мертві клітини. До таких типів клітин відносяться клітини нирок, печінки та легень. Інші , в тому числі нервові клітини, припиняють поділ після дозрівання
Періоди та фази клітинного циклу
Схема основних фаз клітинного циклу
Два основні періоди клітинного циклу еукаріотів включають інтерфазу та мітоз:
Інтерфаза
Під час цього періоду клітина подвоює свою і синтезує ДНК. За оцінками, клітина, що ділиться, витрачає близько 90-95% свого часу на інтерфазу, яка складається з наступних 3-х фаз:
- Фаза G1:проміжок часу до синтезу ДНК. У цій фазі клітина збільшує свої розміри та кількість, готуючись до поділу. у цій фазі диплоїдні, що означає наявність двох наборів хромосом.
- S-фаза:етап циклу, протягом якого синтезується ДНК У більшості клітин є вузьке часове вікно, протягом якого відбувається синтез ДНК. Зміст хромосом у цій фазі подвоюється.
- Фаза G2:період після синтезу ДНК, але на початок мітозу. Клітина синтезує додаткові білки та продовжує збільшуватися у розмірах.
Фази мітозу
Під час мітозу та цитокінезу вміст материнської клітини рівномірно розподіляється між двома дочірніми клітинами. Мітоз має п'ять фаз: профаза, прометафаза, метафаза, анафаза та телофаза.
- Профаза:на цій стадії зміни відбуваються як у цитоплазмі, так і в клітині, що ділиться. конденсується у дискретні хромосоми. Хромосоми починають мігрувати до центру клітини. Ядерна оболонка ламається і волокна шпинделя утворюються на протилежних полюсах клітини.
- Прометафаза:фаза мітозу в еукаріотичних соматичних клітинахпісля профази та попередня метафаза. У прометафазі ядерна мембрана розпадається на численні "мембранні везикули", а хромосоми всередині утворюють білкові структури, звані кінетохорами.
- Метафаза:на цьому етапі ядерна повністю зникає, формується веретений поділ, а хромосоми розташовуються на метафазній пластині (площина, яка однаково віддалена від двох полюсів клітини).
- Анафаза:на цій стадії парні хромосоми () поділяються і починають рухатися до протилежних кінців (полюсів) клітини. Веретено поділу, не пов'язане з , витягується і подовжує клітину.
- Телофаза:цьому етапі хромосоми досягають нових ядер, а генетичний вміст клітини ділиться порівну на частини. Цитокінез (розподіл еукаріотичної клітини) починається до кінця мітозу і закінчується незабаром після телофази.
Цитокінез
Цитокінез – процес поділу цитоплазми в еукаріотичних клітинах, які продукують різні дочірні клітини. Цитокінез виникає наприкінці клітинного циклу після мітозу або .
При розподілі клітин тварин цитокінез виникає, коли скорочувальне кільце утворює розщеплену борозну, яка затискає клітинну мембранунавпіл. У будується клітинна платівка, яка ділить клітину на дві частини.
Як тільки клітина завершить всі фази клітинного циклу, вона повертається у фазу G1 і весь цикл знову повторюється. Клітини організму також здатні перебувати у стан спокою, який називається фазою Gap 0 (G0) у будь-який момент свого життєвого циклу. Вони можуть залишатися на цій стадії протягом дуже тривалого періодучасу, доки надійдуть сигнали до проходження через клітинний цикл.
Клітини, які містять генетичні мутації, постійно поміщаються у фазу G0, щоб перешкоджати їхньому реплікуванню. Коли клітинний цикл йде не так, як треба, порушується нормальне зростання клітин. Можуть розвинутись, які отримують контроль над своїми власними сигналами зростання та продовжують розмножуватися безперешкодно.
Клітинний цикл та мейоз
Не всі клітини діляться через процес мітозу. Організми, які розмножуються статевим шляхом, також піддаються типу клітинного поділу, що називається мейозом. Мейоз виникає і аналогічний процесу мітозу. Однак після повного клітинного циклу в мейозі утворюються чотири дочірні клітини. Кожна клітина містить половину числа хромосом вихідної (батьківської) клітини. Це означає, що статеві клітини є . Коли гаплоїдні чоловічі та жіночі статеві клітини об'єднуються в процесі, що називається, вони утворюють одну, яку називають зиготою.
