Definirea ciclului celular. Ciclul celular - mitoză: descrierea fazelor G0, G1, G2, S

Pentru ca o celulă să se divizeze complet, trebuie să crească în dimensiune și să creeze un număr suficient de organele. Și pentru a nu pierde informații ereditare la împărțirea în jumătate, trebuie să facă copii ale cromozomilor ei. Și, în sfârșit, pentru a distribui informațiile ereditare în mod strict egal între două celule fiice, trebuie să aranjeze cromozomii în ordinea corectă înainte de a le distribui printre celulele fiice. Toate aceste sarcini importante sunt rezolvate în timpul ciclului celular.

ciclul celulei Are importanţă, deoarece demonstrează cel mai important: capacitatea de reproducere, creștere și diferențiere. Schimbul continuă și el, dar nu este luat în considerare atunci când se studiază ciclul celular.

Definirea conceptului

ciclul celulei este perioada de viață a unei celule de la naștere până la formarea celulelor fiice.

În celulele animale, ciclul celular, ca interval de timp dintre două diviziuni (mitoze), durează în medie 10 până la 24 de ore.

Ciclul celular este format din mai multe perioade (sinonim: faze), care se înlocuiesc în mod natural. În mod colectiv, primele faze ale ciclului celular (G 1 , G 0 , S și G 2) se numesc interfaza , iar ultima fază se numește .

Orez. unu.Ciclul celulei.

Perioadele (fazele) ciclului celular

1. Perioada primei creșteri G1 (din engleză Growth - creștere), este de 30-40% din ciclu, iar perioada de repaus G 0

Sinonime: perioada postmitotică (vine după mitoză), perioadă presintetică (trece înaintea sintezei ADN-ului).

Ciclul celular începe de la nașterea unei celule ca urmare a mitozei. După diviziune, celulele fiice sunt reduse în dimensiune și există mai puține organele în ele decât în ​​mod normal. Prin urmare, o celulă mică „nou-născută” în prima perioadă (fază) a ciclului celular (G 1) crește și crește în dimensiune și formează, de asemenea, organelele lipsă. Există o sinteză activă a proteinelor necesare pentru toate acestea. Ca rezultat, celula devine cu drepturi depline, s-ar putea spune, „adult”.

Cum se termină de obicei perioada de creștere G 1 pentru o celulă?

1. Intrarea celulei în proces. Datorită diferențierii, celula capătă caracteristici speciale pentru a îndeplini funcțiile necesare întregului organ și organism. Diferențierea este declanșată de substanțele de control (hormoni) care acționează asupra receptorilor moleculari corespunzători celulei. O celulă care și-a încheiat diferențierea iese din ciclul diviziunilor și se află în perioada de repaus G 0 . Acțiunea substanțelor activatoare (mitogeni) este necesară pentru ca acesta să sufere dediferențiere și să revină din nou la ciclul celular.
2. Moartea (moartea) celulei.
3. Intrarea în următoarea perioadă a ciclului celular este sintetică.

2. Perioada sintetică S (din engleză Synthesis - sinteza), reprezintă 30-50% din ciclu

Conceptul de sinteză în numele acestei perioade se referă la sinteza (replicarea) ADN-ului , și nu la orice alte procese de sinteză. Atinsă o anumită dimensiune ca urmare a trecerii perioadei primei creșteri, celula intră în perioada sintetică, sau faza, S, în care are loc sinteza ADN-ului. Datorită replicării ADN-ului, celula își dublează materialul genetic (cromozomii), deoarece nucleul realizează o copie exactă a fiecărui cromozom. Fiecare cromozom devine dublu și întregul set de cromozomi devine dublu sau diploid . Ca rezultat, celula este acum gata să se divizeze material ereditar egal între două celule fiice, fără a pierde o singură genă.

3. Perioada celei de-a doua creșteri G 2 (din engleză Creștere - creștere), este de 10-20% din ciclu

Sinonime: perioada premitotică (trece înainte de mitoză), perioadă postsintetică (vine după sintetică).

Perioada G2 este pregătitoare pentru următoarea diviziune celulară. În timpul celei de-a doua perioade de creștere, celula G2 produce proteinele necesare mitozei, în special tubulină pentru fusul de fisiune; creează un depozit de energie sub formă de ATP; verifică dacă replicarea ADN-ului este completă și se pregătește pentru divizare.

4. Perioada diviziunii mitotice M (din engleza Mitosis - mitoza), este de 5-10% din ciclu

După divizare, celula este într-o nouă fază G 1 și ciclul celular este încheiat.

Reglarea ciclului celular

Pe nivel molecular tranziția de la o fază a ciclului la alta este reglată de două proteine ​​- ciclinăși kinaza dependentă de ciclină(CDK).

Procesul de fosforilare/defosforilare reversibilă a proteinelor reglatoare este utilizat pentru reglarea ciclului celular; adăugarea de fosfați la acestea, urmată de eliminare. Substanța cheie care reglează intrarea unei celule în mitoză (adică tranziția ei de la faza G 2 la faza M) este o specifică serină/treonin protein kinază, care poartă numele factor de maturare- FS, sau MPF, din limba engleză factor de promovare a maturizării. În forma sa activă, această enzimă proteică catalizează fosforilarea multor proteine ​​implicate în mitoză. Acestea sunt, de exemplu, histona H1, care face parte din cromatina, lamina (o componentă a citoscheletului situată în membrana nucleară), factorii de transcripție, proteinele fusului mitotic și o serie de enzime. Fosforilarea acestor proteine ​​prin factorul de maturare MPF le activează și declanșează procesul de mitoză. După terminarea mitozei, subunitatea de reglementare a PS, ciclină, este marcat cu ubiquitină și suferă degradare (proteoliză). Acum e rândul tău proteina fosfataza, care defosforilează proteinele care au luat parte la mitoză, ceea ce le traduce într-o stare inactivă. Ca rezultat, celula revine la starea de interfaza.

PS (MPF) este o enzimă heterodimerică care include o subunitate reglatoare, și anume ciclină, și o subunitate catalitică, și anume cyclin-dependent kinase CZK (CDK din engleza cyclin dependent kinase), cunoscută și ca p34cdc2; 34 kDa. Forma activă a acestei enzime este doar dimerul CZK + ciclină. În plus, activitatea CZK este reglată de fosforilarea reversibilă a enzimei în sine. Ciclinele sunt numite astfel deoarece concentrația lor se modifică ciclic în conformitate cu perioadele ciclului celular, în special, scade înainte de începerea diviziunii celulare.

Un număr de cicline diferite și kinaze dependente de ciclină sunt prezente în celulele vertebratelor. Diverse combinații de două subunități ale enzimei reglează începutul mitozei, începutul procesului de transcripție în faza G1, tranziția punctului critic după finalizarea transcripției, începutul procesului de replicare a ADN-ului în perioada S a interfazei (începe tranziția) și alte tranziții cheie ale ciclului celular (nu sunt afișate în schemă).
În ovocitele de broaște, intrarea în mitoză (tranziție G2/M) este reglată prin modificarea concentrației ciclinei. Ciclina este sintetizata continuu in interfaza pana cand concentrație maximăîn faza M, când se declanșează întreaga cascadă de fosforilare a proteinelor catalizată de PS. Până la sfârșitul mitozei, ciclina este degradată rapid de proteinaze, care sunt, de asemenea, activate de PS. În altele sisteme celulare Activitatea PS este reglată de diferite grade de fosforilare a enzimei în sine.

Fazele G1, S și G2 ale ciclului celular sunt denumite în mod colectiv interfază. Celula care se divide conduce cel mai a timpului său tocmai în interfază, deoarece crește în pregătirea pentru divizare. Faza de mitoză este asociată cu diviziunea nucleară urmată de citokineză (separarea citoplasmei în două celule separate). La sfârșitul ciclului mitotic se formează două diferite. Fiecare celulă conține material genetic identic.

Timpul necesar unei celule pentru a finaliza diviziunea depinde de tipul ei. De exemplu, celulele în măduvă osoasă, celulele pielii, celulele stomacului și intestinelor, se împart rapid și constant. Alte celule se divid după cum este necesar, înlocuind celulele deteriorate sau moarte. Aceste tipuri de celule includ rinichi, ficat și celule pulmonare. Altele inclusiv celule nervoase, nu se mai divide după maturare.

Perioade și faze ale ciclului celular

Schema principalelor faze ale ciclului celular

Cele două perioade principale ale ciclului celular eucariote includ interfaza și mitoza:

Interfaza

În această perioadă, celula își dublează și sintetizează ADN. Se estimează că o celulă în divizare petrece aproximativ 90-95% din timpul său în interfaza, care constă din următoarele 3 faze:

• Faza G1: interval de timp înainte de sinteza ADN-ului. În această fază, celula își mărește dimensiunea și cantitatea, pregătindu-se pentru divizare. în această fază sunt diploizi, ceea ce înseamnă că au două seturi de cromozomi.
• faza S: pas în ciclul în care este sintetizat ADN-ul. Majoritatea celulelor au o fereastră de timp îngustă în care are loc sinteza ADN-ului. Conținutul de cromozomi în această fază se dublează.
• Faza G2: perioadă după sinteza ADN-ului dar înainte de mitoză. Celula sintetizează proteine ​​suplimentare și continuă să crească în dimensiune.

Fazele mitozei

În timpul mitozei și citokinezei, conținutul celulei mamă este distribuit uniform între cele două celule fiice. Mitoza are cinci faze: profaza, prometafaza, metafaza, anafaza si telofaza.

• profaza:în acest stadiu apar modificări atât în ​​citoplasmă, cât și în celula care se divide. se condenseaza in cromozomi discreti. Cromozomii încep să migreze spre centrul celulei. Învelișul nuclear se rupe și fibrele fusului se formează la polii opuși ai celulei.
• Prometafaza: faza de mitoză în celulele somatice eucariote după profază și metafaza anterioară. În prometafază, membrana nucleară se descompune în numeroase „vezicule membranare”, iar cromozomii din interior formează structuri proteice numite cinetocori.
• Metafaza:în acest stadiu, nuclearul dispare complet, se formează o diviziune a fusului, iar cromozomii sunt localizați pe placa de metafază (un plan care este la fel de îndepărtat de cei doi poli ai celulei).
• Anafaza:în această etapă, cromozomii perechi () sunt separați și încep să se deplaseze către capete opuse (poli) ale celulei. Fusul de diviziune, care nu este asociat cu, este extins și prelungește celula.
• Telofază:în acest stadiu, cromozomii ajung la noi nuclei, iar conținutul genetic al celulei este împărțit în mod egal în două părți. Citokineza (diviziunea celulară eucariotă) începe înainte de sfârșitul mitozei și se termină la scurt timp după telofaza.

citokineza

Citokineza este procesul de diviziune a citoplasmei în celulele eucariote, care produc diferite celule fiice. Citokineza are loc la sfârșitul ciclului celular după mitoză sau.

În diviziunea celulară animală, citokineza are loc atunci când inelul contractil formează un șanț despicat care scindează membrana celulară în jumătate. Este construită o placă celulară, care împarte celula în două părți.

De îndată ce celula finalizează toate fazele ciclului celular, revine la faza G1 și întregul ciclu se repetă din nou. Celulele corpului sunt, de asemenea, capabile să fie într-o stare de repaus, care se numește faza Gap 0 (G0) în orice moment al acesteia. ciclu de viață. Ei pot rămâne în această etapă pentru o perioadă foarte lungă de timp până când se dau semnale pentru a trece prin ciclul celular.

Celulele care conțin mutații genetice sunt plasate permanent în faza G0 pentru a preveni replicarea acestora. Când ciclul celular merge prost, creșterea normală a celulelor este perturbată. Pot dezvolta care să preia controlul asupra propriilor semnale de creștere și să continue să se reproducă nestingherite.

Ciclul celular și meioza

Nu toate celulele se divid prin procesul de mitoză. Organismele care se reproduc sexual suferă și ele un tip de diviziune celulară numită meioză. Meioza apare și este similară cu procesul de mitoză. Cu toate acestea, după un ciclu celular complet, în meioză se formează patru celule fiice. Fiecare celulă conține jumătate din numărul de cromozomi al celulei originale (părinte). Aceasta înseamnă că celulele germinale sunt. Când celulele germinale haploide masculine și feminine se combină într-un proces numit , ele formează unul numit zigot.

ciclul celulei(cyclus cellularis) este perioada de la o diviziune celulară la alta sau perioada de la diviziunea celulară până la moartea acesteia. Ciclul celular este împărțit în 4 perioade.

Prima perioadă este mitotică;

al 2-lea - postmitotic, sau presintetic, este notat cu litera G1;

al 3-lea - sintetic, se notează cu litera S;

4 - postsintetic sau premitotic, este notat cu litera G 2,

iar perioada mitotică - litera M.

După mitoză, începe următoarea perioadă G1. În această perioadă, celula fiică este de 2 ori mai mică ca masă decât celula mamă. În această celulă, există de 2 ori mai puține proteine, ADN și cromozomi, adică, în mod normal, ar trebui să aibă cromozomi 2n și ADN - 2s.

Ce se întâmplă în perioada G1? În acest moment, transcripția ARN-ului are loc pe suprafața ADN-ului, care participă la sinteza proteinelor. Datorită proteinelor, masa celulei fiice crește. În acest moment, precursorii ADN-ului și enzimele implicate în sinteza ADN-ului și precursorii ADN-ului sunt sintetizați. Principalele procese din perioada G1 sunt sinteza proteinelor și a receptorilor celulari. Apoi urmează perioada S. În această perioadă are loc replicarea ADN-ului cromozomilor. Ca rezultat, până la sfârșitul perioadei S, conținutul de ADN este de 4c. Dar vor fi cromozomi 2p, deși de fapt vor fi și 4p, dar ADN-ul cromozomilor în această perioadă este atât de împletit reciproc încât fiecare cromozom soră din cromozomul matern nu este încă vizibil. Pe măsură ce numărul lor crește ca urmare a sintezei ADN-ului și crește transcripția ARN-urilor ribozomale, mesager și de transport, sinteza proteinelor crește și ea în mod natural. În acest moment, poate apărea dublarea centriolilor din celule. Astfel, o celulă din perioada S intră în perioada G2. La începutul perioadei G 2, continuă procesul activ de transcriere a diferitelor ARN-uri și procesul de sinteză a proteinelor, în principal proteinele tubulinice, care sunt necesare pentru axul de diviziune. Poate să apară dublarea centriolului. În mitocondrii, ATP este sintetizat intens, care este o sursă de energie, iar energia este necesară pentru diviziunea celulară mitotică. După perioada G2, celula intră în perioada mitotică.

Unele celule pot ieși din ciclul celular. Ieșirea unei celule din ciclul celular este notă cu litera G0. O celulă care intră în această perioadă își pierde capacitatea de mitoză. Mai mult, unele celule își pierd temporar capacitatea de mitoză, altele definitiv.

În cazul în care o celulă își pierde temporar capacitatea de a diviza mitotică, ea suferă diferențierea inițială. În acest caz, o celulă diferențiată se specializează pentru a îndeplini o funcție specifică. După diferențierea inițială, această celulă este capabilă să se întoarcă la ciclul celular și să intre în perioada Gj și, după ce trece prin perioada S și perioada G2, suferă diviziune mitotică.

Unde în organism sunt celulele în perioada G 0? Aceste celule se găsesc în ficat. Dar dacă ficatul este deteriorat sau o parte din acesta este îndepărtată chirurgical, atunci toate celulele care au suferit diferențierea inițială revin la ciclul celular și, datorită diviziunii lor, celulele parenchimatoase hepatice sunt restabilite rapid.

Celulele stem sunt, de asemenea, în perioada G 0 , dar când celulă stemîncepe să se dividă, trece prin toate perioadele de interfază: G1, S, G 2.

Acele celule care își pierd în cele din urmă capacitatea de diviziune mitotică suferă mai întâi diferențierea inițială și îndeplinesc anumite funcții, iar apoi diferențierea finală. Odată cu diferențierea finală, celula nu se poate întoarce la ciclul celular și în cele din urmă moare. Unde se găsesc aceste celule în organism? În primul rând, sunt celule sanguine. Granulocitele de sânge care au suferit o funcție de diferențiere timp de 8 zile și apoi mor. Eritrocitele din sânge funcționează timp de 120 de zile, apoi mor și ele (în splină). În al doilea rând, acestea sunt celulele epidermei pielii. Celulele epidermice suferă mai întâi diferențierea inițială, apoi finală, în urma căreia se transformă în solzi cornoase, care sunt apoi îndepărtate de pe suprafața epidermei. În epiderma pielii, celulele pot fi în perioada G 0, perioada G1, perioada G 2 și perioada S.

Țesuturile cu celule care se divid rapid sunt mai afectate decât țesuturile cu celule care se divid rar, deoarece o serie de factori chimici și fizici distrug microtubulii fusului.

MITOZĂ

Mitoza este fundamental diferită de diviziunea directă sau amitoza prin aceea că în timpul mitozei există o distribuție uniformă a materialului cromozomial între celulele fiice. Mitoza este împărțită în 4 faze. Se numește prima fază profaza al 2-lea - metafaza a 3-a - anafaza, a 4-a - telofaza.

Dacă celula are o jumătate de set (haploid) de cromozomi, cuprinzând 23 de cromozomi (celule sexuale), atunci un astfel de set este indicat prin simbolul În cromozomi și 1c ADN, dacă diploid - 2n cromozomi și 2c ADN (celule somatice imediat după mitotică). diviziune), un set aneuploid de cromozomi - în celule anormale.

Profaza. Profaza este împărțită în timpuriu și târziu. În timpul profazei timpurii, cromozomii se spiralizează și devin vizibili sub formă de fire subțiri și formează o minge densă, adică se formează o minge densă. Odată cu debutul profazei târzii, cromozomii se spiralizează și mai mult, drept urmare genele organizatorilor de cromozomi nucleolari sunt închise. Prin urmare, transcripția ARNr și formarea subunităților cromozomiale încetează, iar nucleolul dispare. În același timp, are loc fragmentarea învelișului nuclear. Fragmente din învelișul nuclear se rostogolesc în mici vacuole. În citoplasmă, cantitatea de ER granulară scade. Cisternele ER granulare sunt fragmentate în structuri mai mici. Numărul de ribozomi de pe suprafața membranelor ER scade brusc. Acest lucru duce la o scădere a sintezei proteinelor cu 75%. În acest moment, are loc dublarea centrului celular. Cei 2 centri celulari rezultați încep să diverge spre poli. Fiecare dintre centrii celulari nou formați este format din 2 centrioli: matern și fiică.

Cu participarea centrilor celulari, începe să se formeze fusul de diviziune, care constă din microtubuli. Cromozomii continuă să se spiraleze și, ca urmare, se formează o încurcătură liberă de cromozomi, situată în citoplasmă. Astfel, profaza târzie este caracterizată printr-o încurcătură liberă de cromozomi.

Metafaza.În timpul metafazei, cromatidele cromozomilor materni devin vizibile. Cromozomii materni se aliniază în planul ecuatorului. Dacă te uiți la acești cromozomi din partea ecuatorului celular, atunci ei sunt percepuți ca placa ecuatorială(lamina ecuatorialis). În cazul în care te uiți la aceeași placă din lateralul stâlpului, atunci este perceput ca steaua mamă(monastru). În timpul metafazei, formarea fusului de fisiune este încheiată. În fusul de diviziune sunt vizibile 2 tipuri de microtubuli. Unii microtubuli se formează din centrul celulei, adică din centriol, și se numesc microtubuli centriolari(microtubuli cenriolaris). Alți microtubuli încep să se formeze din cromozomi cinetocori. Ce sunt kinetocorile? În zona constricțiilor primare ale cromozomilor există așa-numitele kinetocori. Acești kinetocori au capacitatea de a induce auto-asamblarea microtubulilor. Aici încep microtubulii, care cresc spre centrii celulari. Astfel, capetele microtubulilor kinetocori se extind între capetele microtubulilor centriolari.

Anafaza.În timpul anafazei, are loc o separare simultană a cromozomilor fiice (cromatide), care încep să se miște unul la unul, alții la celălalt pol. În acest caz, apare o stea dublă, adică 2 stele copil (diastr). Mișcarea stelelor se realizează datorită axului de diviziune și a faptului că polii celulei înșiși sunt oarecum îndepărtați unul de celălalt.

Mecanismul, mișcarea stelelor fiice. Această mișcare este asigurată de faptul că capetele microtubulilor kinetocori alunecă de-a lungul capetelor microtubulilor centriolari și trage cromatidele stelelor fiice spre poli.

Telofază.În timpul telofazei, mișcarea stelelor fiice se oprește și nucleele încep să se formeze. Cromozomii suferă despiralizare, o înveliș nuclear (nucleolema) începe să se formeze în jurul cromozomilor. Deoarece fibrilele de ADN ale cromozomilor suferă despiralizare, începe transcripția

ARN pe genele descoperite. Deoarece fibrilele de ADN ale cromozomilor sunt despiralizate, ARNr începe să fie transcris sub formă de fire subțiri în regiunea organizatorilor nucleolari, adică se formează aparatul fibrilar al nucleolului. Apoi, proteinele ribozomale sunt transportate în fibrile de ARNr, care sunt complexate cu ARNr, rezultând formarea subunităților ribozomale, adică se formează componenta granulară a nucleolului. Acest lucru se întâmplă deja în telofaza târzie. citotomie, adică formarea constricției. Odată cu formarea unei constricții de-a lungul ecuatorului, citolema este invaginată. Mecanismul de invaginare este următorul. De-a lungul ecuatorului sunt tonofilamente, formate din proteine ​​contractile. Aceste tonofilamente sunt cele care atrag citolema. Apoi, există o separare a citolemei unei celule fiice de o altă astfel de celulă fiică. Deci, ca urmare a mitozei, se formează noi celule fiice. Celulele fiice sunt de 2 ori mai mici în masă decât cele părinte. De asemenea, au mai puțin ADN - corespunde cu 2c, iar jumătate din numărul de cromozomi - corespunde cu 2p. Astfel, diviziunea mitotică pune capăt ciclului celular.

Semnificația biologică a mitozei este că datorită diviziunii, organismul crește, regenerarea fiziologică și reparatoare a celulelor, țesuturilor și organelor.

Ciclul de viață al unei celule include începutul formării sale și sfârșitul existenței sale ca unitate independentă. Să începem cu faptul că o celulă apare în timpul diviziunii celulei sale mamă și își termină existența din cauza următoarei diviziuni sau moarte.

Ciclul de viață al unei celule constă din interfază și mitoză. În această perioadă perioada luată în considerare este echivalentă cu cea celulară.

Ciclul de viață al celulei: interfaza

Aceasta este perioada dintre două diviziuni celulare mitotice. Reproducerea cromozomilor se desfășoară în mod similar cu reduplicarea (replicarea semi-conservativă) a moleculelor de ADN. În interfază, nucleul celulei este înconjurat de o membrană specială cu două membrane, iar cromozomii sunt nerăsușiți și sunt invizibili la microscopia cu lumină obișnuită.

La colorarea și fixarea celulelor, are loc o acumulare a unei substanțe puternic colorate, cromatina. Este de remarcat faptul că citoplasma conține toate organitele necesare. Aceasta asigură existența deplină a celulei.

În ciclul de viață al unei celule, interfaza este însoțită de trei perioade. Să luăm în considerare fiecare dintre ele mai detaliat.

Perioade ale ciclului de viață celular (interfaze)

Primul se numește resintetice. Rezultatul mitozei anterioare este o creștere a numărului de celule. Aici se realizează transcrierea moleculelor de ARN (informaționale) nou făcute, iar moleculele ARN rămase sunt sistematizate, proteinele sunt sintetizate în nucleu și citoplasmă. Unele substanțe ale citoplasmei sunt descompuse treptat odată cu formarea de ATP, moleculele sale sunt înzestrate cu legături macroergice, transferă energie acolo unde nu este suficientă. În acest caz, celula crește, în dimensiune ajunge la mamă. Această perioadă durează mult timp pentru celulele specializate, timp în care acestea își îndeplinesc funcțiile speciale.

A doua perioadă este cunoscută ca sintetic(sinteza ADN). Blocarea acestuia poate duce la oprirea întregului ciclu. Aici are loc replicarea moleculelor de ADN, precum și sinteza proteinelor care sunt implicate în formarea cromozomilor.

Moleculele de ADN încep să se lege de moleculele de proteine, drept urmare cromozomii se îngroașă. În același timp, se observă reproducerea centriolilor, ca urmare, apar 2 perechi dintre ei. Noul centriol în toate perechile este plasat față de cel vechi la un unghi de 90°. Ulterior, fiecare pereche în timpul următoarei mitoze se îndepărtează de polii celulari.

Perioada de sinteză este caracterizată atât de creșterea sintezei ADN-ului, cât și de un salt brusc în formarea moleculelor de ARN, precum și a proteinelor în celule.

A treia perioada - postsintetice. Se caracterizează prin prezența pregătirii celulare pentru diviziunea ulterioară (mitotică). Această perioadă durează, de regulă, întotdeauna mai puțin decât altele. Uneori cade cu totul.

Durata timpului de generare

Cu alte cuvinte, acesta este cât durează ciclul de viață al unei celule. Durata timpului de generare, precum și perioadele individuale, durează sensuri diferiteîn diferite celule. Acest lucru poate fi văzut din tabelul de mai jos.

Deci, cel mai scurt ciclu de viață al celulei este în cambial. Se întâmplă ca a treia perioadă să cadă complet - cea postsintetică. De exemplu, la un șobolan de 3 săptămâni în celulele ficatului său, acesta scade la o jumătate de oră, în timp ce durata timpului de generare este de 21,5 ore.Durata perioadei sintetice este cea mai stabilă.

În alte situații, în prima perioadă (presintetică), celula acumulează proprietăți pentru implementarea unor funcții specifice, acest lucru se datorează faptului că structura sa devine mai complexă. Dacă specializarea nu a mers prea departe, poate trece prin întregul ciclu de viață al celulei cu formarea a 2 celule noi în mitoză. În această situație, prima perioadă poate crește semnificativ. De exemplu, în celulele epiteliului pielii unui șoarece, timpul de generare, și anume 585,6 ore, se încadrează în prima perioadă - presintetică, iar în celulele periostului unui pui de șobolan - 102 ore din 114.

Partea principală a acestui timp se numește perioada G0 - aceasta este implementarea unei funcții celulare specifice intensive. Multe celule hepatice se află în această perioadă, drept urmare și-au pierdut capacitatea de mitoză.

Dacă o parte a ficatului este îndepărtată, majoritatea celulelor acestuia vor ajunge la viață deplină, mai întâi din perioada sintetică, apoi din perioada postsintetică și la sfârșitul procesului mitotic. Deci, pentru diferite tipuri de populații celulare, reversibilitatea unei astfel de perioade G0 a fost deja dovedită. În alte situații, gradul de specializare crește atât de mult încât când conditii tipice celulele nu se mai pot diviza mitotic. Ocazional, în ele apare endorproducția. La unele, se repetă de mai multe ori, cromozomii se îngroașă atât de mult încât pot fi văzuți cu un microscop cu lumină obișnuită.

Astfel, am aflat că în ciclul de viață al unei celule, interfaza este însoțită de trei perioade: presintetică, sintetică și postsintetică.

diviziune celulara

Ea sta la baza reproducerii, regenerarii, transmiterii informatiilor ereditare, dezvoltarii. Celula în sine există doar în perioada intermediară dintre diviziuni.

Ciclul de viață (diviziunea celulară) - perioada de existență a unității în cauză (începe din momentul apariției acesteia prin diviziunea celulei mamă), inclusiv diviziunea în sine. Se termină cu propria sa diviziune sau moarte.

Fazele ciclului celular

Sunt doar șase. Sunt cunoscute următoarele faze ale ciclului de viață celular:

Durata ciclului de viață, precum și numărul de faze din acesta, fiecare celulă are propria sa. Deci, în țesutul nervos, celulele de la sfârșitul perioadei embrionare inițiale încetează să se divizeze, apoi funcționează doar pe toată durata vieții organismului însuși și, ulterior, mor. Dar celulele embrionului în stadiul de zdrobire completează mai întâi 1 diviziune, apoi imediat, ocolind fazele rămase, trec la următoarea.

Metode de diviziune celulară

Din doar două:

1. Mitoză este diviziunea celulară indirectă.
2. Meioză- aceasta este caracteristica unei astfel de faze precum maturarea celulelor germinale, diviziunea.

Acum vom afla mai multe despre ceea ce constituie ciclul de viață al unei celule - mitoza.

Diviziunea celulară indirectă

Mitoza este diviziunea indirectă a celulelor somatice. Acesta este un proces continuu, al cărui rezultat este mai întâi dublarea, apoi aceeași distribuție între celulele fiice ale materialului ereditar.

Semnificația biologică a diviziunii celulare indirecte

Este după cum urmează:

1. Rezultatul mitozei este formarea a două celule, fiecare conținând același număr de cromozomi ca și mama. Cromozomii lor sunt formați prin replicarea exactă a ADN-ului mamei, drept urmare genele celulelor fiice conțin informații ereditare identice. Ele sunt genetic identice cu celula părinte. Deci, putem spune că mitoza asigură identitatea transmiterii informațiilor ereditare către celulele fiice de la mamă.

2. Rezultatul mitozelor este un anumit număr de celule în organismul corespunzător - acesta este unul dintre cele mai importante mecanisme de creștere.

3. Un număr mare de animale și plante se reproduc exact asexuat prin diviziunea celulară mitotică, prin urmare mitoza formează baza reproducerii vegetative.

4. Este mitoza care asigură regenerarea completă a părților pierdute, precum și înlocuirea celulelor, care apare într-o anumită măsură în orice organisme multicelulare.

Astfel, a devenit cunoscut faptul că ciclul de viață al unei celule somatice este format din mitoză și interfază.

Mecanismul mitozei

Diviziunea citoplasmei și a nucleului sunt 2 procese independente care au loc continuu, secvenţial. Dar pentru comoditatea studierii evenimentelor care au loc în timpul perioadei de diviziune, se distinge artificial în 4 etape: pro-, meta-, ana-, telophase. Durata lor variază în funcție de tipul de țesut, factori externi, stare fiziologică. Cele mai lungi sunt primele și ultimele.

Profaza

Există o creștere vizibilă a miezului. Ca urmare a spiralizării, apare compactarea și scurtarea cromozomilor. În profaza ulterioară, structura cromozomilor este deja clar vizibilă: 2 cromatide, care sunt conectate printr-un centromer. Începe mișcarea cromozomilor către ecuatorul celulei.

Din materialul citoplasmatic din profază (târzie), se formează un fus de diviziune, care se formează cu participarea centriolilor (în celulele animale, într-un număr de plante inferioare) sau fără ei (celule ale unor protozoare, plante superioare). Ulterior, din centrioli încep să apară filamente de fus de tip 2, mai precis:

• suport, care conectează polii celulei;
• cromozomiale (tragerea), care se încrucișează în metafază cu centromerii cromozomiali.

La sfârșitul acestei faze, membrana nucleară dispare, iar cromozomii sunt localizați liber în citoplasmă. De obicei, miezul dispare puțin mai devreme.

metafaza

Începutul său este dispariția învelișului nuclear. Cromozomii se aliniază mai întâi în planul ecuatorial, formând placa de metafază. În acest caz, centromerii cromozomiali sunt localizați strict în planul ecuatorial. Fibrele fusului se atașează de centromerii cromozomiali, iar unele dintre ele trec de la un pol la altul fără a fi atașate.

Anafaza

Începutul său este divizarea centromerilor cromozomilor. Ca rezultat, cromatidele sunt transformate în doi cromozomi fiice separați. Mai mult, acestea din urmă încep să diverge către polii celulari. Ei, de regulă, iau o formă de V specială în acest moment. Această divergență se realizează prin accelerarea filetelor axului. În același timp, firele de susținere sunt alungite, rezultând distanța stâlpilor unul de celălalt.

Telofază

Aici cromozomii se adună la polii celulari, apoi se disspiralizează. Apoi, axul de diviziune este distrus. Învelișul nuclear al celulelor fiice se formează în jurul cromozomilor. Aceasta completează cariokineza, urmată de citokineza.

Mecanisme de intrare a virusului în celulă

Sunt doar două dintre ele:

1. Prin fuziunea supercapsidei virale și a membranei celulare. Ca rezultat, nucleocapsidul este eliberat în citoplasmă. Ulterior, se observă realizarea proprietăților genomului virusului.

2. Prin pinocitoză (endocitoză mediată de receptor). Aici virusul se leagă la locul fosei mărginite cu receptori (specifici). Acesta din urmă se umflă în celulă și apoi se transformă în așa-numita veziculă mărginită. Acesta, la rândul său, conține virionul înghițit, fuzionează cu o veziculă intermediară temporară numită endozom.

Replicarea intracelulară a virusului

După ce intră în celulă, genomul virusului își subordonează complet viața propriilor interese. Prin sistemul de sinteză de proteine ​​al celulei și sistemele sale de generare a energiei, ea întruchipează propria reproducere, sacrificând, de regulă, viața celulei.

Figura de mai jos arată ciclul de viață al unui virus într-o celulă gazdă (pădurile Semliki - un reprezentant al genului Alphvirus). Genomul său este reprezentat de ARN nefragmentat pozitiv monocatenar. Acolo, virionul este echipat cu o supercapsidă, care constă dintr-un strat dublu lipidic. Prin el trec aproximativ 240 de copii ale unui număr de complexe de glicoproteine. Ciclul de viață viral începe cu absorbția sa pe membrana celulei gazdă, unde se leagă de un receptor proteic. Pătrunderea în celulă se realizează prin pinocitoză.

Concluzie

Articolul a luat în considerare ciclul de viață al unei celule, au fost descrise fazele acesteia. Este descris în detaliu despre fiecare perioadă a interfazei.

Această lecție vă permite să studiați în mod independent subiectul „Ciclul de viață al celulei”. Pe el vom vorbi despre ceea ce joacă un rol major în diviziunea celulară, ce transmite informații genetice de la o generație la alta. Veți studia, de asemenea, întregul ciclu de viață al unei celule, care se mai numește și succesiunea de evenimente care au loc din momentul în care se formează o celulă până la divizarea ei.

Tema: Reproducerea și dezvoltarea individuală a organismelor

Lecția: Ciclul de viață al unei celule

Conform teoriei celulare, celulele noi apar doar prin diviziunea celulelor mamă anterioare. , care conțin molecule de ADN, joacă un rol important în procesele de diviziune celulară, deoarece asigură transferul informațiilor genetice de la o generație la alta.

Prin urmare, este foarte important ca celulele fiice să primească aceeași cantitate de material genetic și este destul de natural ca înainte diviziune celulara are loc o dublare a materialului genetic, adică a moleculei de ADN (fig. 1).

Ce este ciclul celular? Ciclul de viață al celulei- succesiunea evenimentelor care au loc din momentul formării unei celule date până la divizarea acesteia în celule fiice. Potrivit unei alte definiții, ciclul celular este viața unei celule din momentul în care apare ca urmare a diviziunii celulei mamă până la propria diviziune sau moarte.

În timpul ciclului celular, celula crește și se modifică astfel încât să își îndeplinească cu succes funcțiile într-un organism multicelular. Acest proces se numește diferențiere. Apoi, celula își îndeplinește cu succes funcțiile pentru o anumită perioadă de timp, după care trece la diviziune.

Este clar că toate celulele organism pluricelular nu se poate împărți la infinit, altfel toate ființele, inclusiv omul, ar fi nemuritoare.

Orez. 1. Un fragment dintr-o moleculă de ADN

Acest lucru nu se întâmplă, deoarece există „gene ale morții” în ADN care sunt activate în anumite condiții. Ei sintetizează anumite proteine-enzime care distrug structura celulei, organelele acesteia. Ca rezultat, celula se micșorează și moare.

Această moarte celulară programată se numește apoptoză. Dar în perioada din momentul în care celula apare până la apoptoză, celula trece prin multe diviziuni.

Ciclul celular constă din 3 etape principale:

1. Interfaza - o perioadă de creștere intensivă și biosinteză a anumitor substanțe.

2. Mitoza sau cariokineza (fisiunea nucleului).

3. Citokineza (diviziunea citoplasmei).

Să caracterizăm mai detaliat etapele ciclului celular. Deci prima este interfaza. Interfaza este cea mai lungă fază, o perioadă de sinteză și creștere intensivă. Celula sintetizează multe substanțe necesare creșterii sale și implementării tuturor funcțiilor sale inerente. În timpul interfazei, are loc replicarea ADN-ului.

Mitoza este procesul de diviziune nucleară, în care cromatidele se separă unele de altele și sunt redistribuite sub formă de cromozomi între celulele fiice.

Citokineza este procesul de diviziune a citoplasmei între două celule fiice. De obicei, sub denumirea de mitoză, citologia combină etapele 2 și 3, adică diviziunea celulară (cariokineza) și diviziunea citoplasmei (citokineza).

Să caracterizăm mai detaliat interfaza (Fig. 2). Interfaza este formată din 3 perioade: G 1, S și G 2. Prima perioadă, presintetică (G 1), este faza de creștere celulară intensivă.

Orez. 2. Principalele etape ale ciclului de viață celular.

Aici are loc sinteza anumitor substanțe, aceasta este cea mai lungă fază care urmează diviziunii celulare. In aceasta faza are loc o acumulare de substante si energie necesara pentru perioada urmatoare, adica pentru dublarea ADN-ului.

Conform idei moderne, in perioada G 1 se sintetizeaza substante care inhiba sau stimuleaza perioada urmatoare a ciclului celular si anume perioada sintetica.

Perioada sintetică (S) durează de obicei 6 până la 10 ore, spre deosebire de perioada presintetică, care poate dura până la câteva zile și include duplicarea ADN-ului, precum și sinteza proteinelor, cum ar fi proteinele histonice, care se pot forma. cromozomii. Până la sfârșitul perioadei de sinteză, fiecare cromozom este format din două cromatide legate între ele printr-un centromer. În această perioadă, centriolii se dublează.

Perioada postsintetică (G 2) apare imediat după dublarea cromozomilor. Durează de la 2 la 5 ore.

În aceeași perioadă, se acumulează energia necesară procesului ulterior de diviziune celulară, adică direct pentru mitoză.

În această perioadă are loc divizarea mitocondriilor și a cloroplastelor, iar proteinele sunt sintetizate, care ulterior vor forma microtubuli. După cum știți, microtubulii formează firul fusului, iar acum celula este pregătită pentru mitoză.

Înainte de a continua să descriem metodele de diviziune celulară, luați în considerare procesul de duplicare a ADN-ului, care duce la formarea a două cromatide. Acest proces are loc în perioada sintetică. Dublarea unei molecule de ADN se numește replicare sau reduplicare (Fig. 3).

Orez. 3. Procesul de replicare (reduplicare) ADN (perioada sintetică a interfazei). Enzima helicaza (verde) derulează dubla helix ADN, iar ADN polimerazele (albastru și portocaliu) completează nucleotidele complementare.

În timpul replicării, o parte a moleculei de ADN matern este destorsă în două catene cu ajutorul unei enzime speciale, helicaza. Mai mult, acest lucru se realizează prin ruperea legăturilor de hidrogen dintre bazele azotate complementare (A-T și G-C). Mai mult, pentru fiecare nucleotidă a catenelor de ADN dispersate, enzima ADN polimerază își ajustează nucleotida complementară.

Astfel, se formează două molecule de ADN dublu catenar, fiecare dintre acestea incluzând o catenă a moleculei părinte și o nouă catenă fiică. Aceste două molecule de ADN sunt absolut identice.

Este imposibil să desfășurați întreaga moleculă mare de ADN pentru replicare în același timp. Prin urmare, replicarea începe în secțiuni separate ale moleculei de ADN, se formează fragmente scurte, care sunt apoi cusute într-un fir lung folosind anumite enzime.

Durata ciclului celular depinde de tipul de celulă și de factori externi precum temperatura, prezența oxigenului, prezența nutrienți. De exemplu, în condiții favorabile, celulele bacteriene se divid la fiecare 20 de minute, celulele epiteliale intestinale la fiecare 8-10 ore, iar celulele de la vârfurile rădăcinilor de ceapă se divid la fiecare 20 de ore. Și niște celule sistem nervos nu distribui niciodată.

Apariția teoriei celulare

În secolul al XVII-lea, medicul englez Robert Hooke (Fig. 4), folosind un microscop cu lumină de casă, a văzut că pluta și alte țesuturi vegetale constau din celule mici separate prin pereți despărțitori. Le-a numit celule.

Orez. 4. Robert Hooke

În 1738, botanistul german Matthias Schleiden (Fig. 5) a ajuns la concluzia că țesuturile vegetale sunt formate din celule. Exact un an mai târziu, zoologul Theodor Schwann (Fig. 5) a ajuns la aceeași concluzie, dar numai în ceea ce privește țesuturile animale.

Orez. 5. Matthias Schleiden (stânga) Theodor Schwann (dreapta)

El a concluzionat că țesuturile animale, ca și țesuturile vegetale, sunt formate din celule și că celulele sunt baza vieții. Pe baza datelor celulare, oamenii de știință au formulat o teorie celulară.

Orez. 6. Rudolf Virchow

După 20 de ani, Rudolf Virchow (Fig. 6) a extins teoria celulară și a ajuns la concluzia că celulele pot apărea din alte celule. El a scris: „Acolo unde există o celulă, trebuie să existe o celulă anterioară, la fel cum animalele provin numai de la un animal, iar plantele numai dintr-o plantă... Toate formele vii, fie că sunt organisme animale sau vegetale, fie constituenții lor. părți, sunt dominate de legea eternă a dezvoltării continue.

Structura cromozomilor

După cum știți, cromozomii joacă un rol cheie în diviziunea celulară, deoarece transportă informații genetice de la o generație la alta. Cromozomii sunt formați dintr-o moleculă de ADN legată de proteine ​​prin histone. Ribozomii conțin și o cantitate mică de ARN.

În celulele în diviziune, cromozomii se prezintă sub formă de fire lungi și subțiri, distribuite uniform pe întregul volum al nucleului.

Cromozomii individuali nu se pot distinge, dar materialul lor cromozomal este colorat cu coloranți de bază și se numește cromatină. Înainte de diviziunea celulară, cromozomii (Fig. 7) se îngroașă și se scurtează, ceea ce le permite să fie văzuți clar la microscopul cu lumină.

Orez. 7. Cromozomi în profaza 1 a meiozei

Într-o stare dispersată, adică întinsă, cromozomii participă la toate procesele de biosinteză sau reglează procesele de biosinteză, iar în timpul diviziunii celulare această funcție este suspendată.

În toate formele de diviziune celulară, ADN-ul fiecărui cromozom este replicat astfel încât să se formeze două catene de ADN polinucleotidice identice, duble.

Orez. 8. Structura cromozomului

Aceste lanțuri sunt înconjurate de un înveliș proteic și la începutul diviziunii celulare arată ca fire identice situate una lângă alta. Fiecare fir se numește cromatidă și este legat de al doilea fir printr-o zonă care nu se colorează, care se numește centromer (Fig. 8).

Teme pentru acasă

1. Ce este ciclul celular? În ce etape constă?

2. Ce se întâmplă cu celula în timpul interfazei? Care sunt etapele interfazei?

3. Ce este replicarea? Ce este ea semnificație biologică? Când se întâmplă? Ce substanțe sunt implicate în el?

4. Cum s-a născut teoria celulei? Numiți oamenii de știință care au participat la formarea acestuia.

5. Ce este un cromozom? Care este rolul cromozomilor în diviziunea celulară?

1. Literatură tehnică și umanitară ().

2. O singură colecție de Resurse Educaționale Digitale ().

3. O singură colecție de Resurse Educaționale Digitale ().

4. O singură colecție de Resurse Educaționale Digitale ().

Bibliografie

1. Kamensky A. A., Kriksunov E. A., Pasechnik V. V. Biologie generală clasa 10-11 Butarda, 2005.

2. Biologie. Clasa 10. Biologie generală. Nivel de bază / P. V. Izhevsky, O. A. Kornilova, T. E. Loshchilina și alții - ed. a II-a, revizuită. - Ventana-Graf, 2010. - 224 pagini.

3. Belyaev D.K. Biologie clasa 10-11. Biologie generală. Un nivel de bază de. - Ed. a 11-a, stereotip. - M.: Educație, 2012. - 304 p.

4. Biologie nota 11. Biologie generală. Nivelul profilului / V. B. Zakharov, S. G. Mamontov, N. I. Sonin și alții - ed. a 5-a, stereotip. - Butarda, 2010. - 388 p.

5. Agafonova I. B., Zakharova E. T., Sivoglazov V. I. Biologie clasa 10-11. Biologie generală. Un nivel de bază de. - Ed. a VI-a, add. - Butarda, 2010. - 384 p.