Ciclu de viață celula include începutul formării sale și sfârșitul existenței ca unitate independentă. Să începem cu faptul că o celulă apare în timpul diviziunii celulei sale mamă și își încheie 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 nerăsuciți și sunt invizibili la microscopia cu lumină obișnuită.

La colorarea și fixarea celulelor, are loc o acumulare a unei substanțe puternic colorate, cromatina. Este demn 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-ului rămas 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, ea poate trece prin întregul ciclu de viață al celulei cu formarea a 2 noi celule 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, cade pe 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 sale 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 obișnuit.

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 constă din mitoză și interfază.

Mecanismul mitozei

Diviziunea citoplasmei și a nucleului sunt 2 procese independente care au loc continuu, secvenţial. Dar, de dragul confortului studierii evenimentelor care au loc în timpul perioadei de diviziune, este împărțit 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 în 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 specială de V 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 cu membrana celulară. 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.

Ciclul de viață al celulei, sau ciclul celulei, este perioada de timp în care există ca unitate, adică perioada de viață a celulei. Durează din momentul în care celula apare ca urmare a diviziunii mamei sale și până la sfârșitul diviziunii sale în sine, când se „desparte” în două fiice.

Există momente când celula nu se împarte. Apoi, ciclul său de viață este perioada de la apariția unei celule până la moarte. De obicei, celulele unui număr de țesuturi ale organismelor multicelulare nu se divid. De exemplu, celule nervoase si eritrocite.

În ciclul de viață al celulelor eucariote se obișnuiește să se distingă un număr de perioade sau faze specifice. Ele sunt caracteristice tuturor celulelor în diviziune. Fazele sunt desemnate G 1 , S, G 2 , M. Din faza G 1, o celulă poate trece la faza G 0, rămânând în care nu se împarte și în multe cazuri se diferențiază. În același timp, unele celule se pot întoarce de la G 0 la G 1 și pot trece prin toate etapele ciclului celular.

Literele din abrevieri de fază sunt primele litere cuvinte englezești: decalaj (decalaj), sinteză (sinteză), mitoză (mitoză).

Celulele sunt iluminate cu un indicator fluorescent roșu în faza G1. Fazele rămase ale ciclului celular sunt verzi.

Perioadă G 1 - presintetice– începe imediat ce a apărut celula. În acest moment, este mai mică ca dimensiune decât mama, are puține substanțe, numărul de organele nu este suficient. Prin urmare, în G 1 are loc creșterea celulară, sinteza ARN-ului, proteinelor și construcția de organele. De obicei, G1 este cea mai lungă fază a ciclului de viață al celulei.

S - perioada sintetică. Cea mai importantă trăsătură distinctivă este duplicarea ADN-ului prin replicare. Fiecare cromozom devine compus din două cromatide. În această perioadă, cromozomii sunt încă despiralizați. În cromozomi, pe lângă ADN, există multe proteine ​​histonice. Prin urmare, în faza S, histonele sunt sintetizate în cantități mari.

LA perioada postsintetică - G 2 Celula se pregătește pentru diviziune, de obicei prin mitoză. Celula continuă să crească, sinteza ATP se desfășoară în mod activ, centriolii se pot dubla.

Apoi, intră celula faza diviziunii celulare - M. Aici vine diviziunea nucleul celular – mitoză urmată de diviziunea citoplasmei citokineza. Finalizarea citokinezei marchează sfârșitul ciclului de viață al unei celule date și începutul a două noi cicluri celulare.

Faza G0 uneori denumită perioada de „repaus” a celulei. Celula „părăsește” ciclul normal. În această perioadă, celula poate începe să se diferențieze și să nu revină niciodată la ciclul normal. Faza G0 poate include și celule senescente.

Tranziția la fiecare fază ulterioară a ciclului este controlată de mecanisme celulare speciale, așa-numitele puncte de control - puncte de control. Pentru ca următoarea fază să înceapă, totul trebuie să fie pregătit pentru asta în celulă, ADN-ul nu trebuie să conțină erori grosolane etc.

Fazele G0, G1, S, G2 se formează împreună interfaza - I.

Semnificația biologică a diviziunii celulare. Noi celule apar ca urmare a diviziunii celor existente. Dacă un organism unicelular se divide, din el se formează două noi. De asemenea, un organism multicelular își începe dezvoltarea cel mai adesea cu o singură celulă. Prin diviziuni repetate, se formează un număr imens de celule, care alcătuiesc corpul. Diviziunea celulară asigură reproducerea și dezvoltarea organismelor și, prin urmare, continuitatea vieții pe Pământ.

ciclul celulei - viața unei celule din momentul formării ei în procesul de diviziune a celulei mamă până la propria ei diviziune (inclusiv această diviziune) sau moarte.

În timpul acestui ciclu, fiecare celulă crește și se dezvoltă în așa fel încât să își îndeplinească cu succes funcțiile în organism. În plus, celula funcționează pentru un anumit timp, după care fie se împarte, formând celule fiice, fie moare.

La diferite feluri organismelor, ciclul celular ia timp diferit: de exemplu, bacterii durează aproximativ 20 de minute pantofi ciliati- de la 10 la 20 ore.Celulele organismelor pluricelulare pe primele etape dezvoltarea se divid frecvent, iar apoi ciclurile celulare sunt prelungite semnificativ. De exemplu, imediat după nașterea unei persoane, celulele creierului se divid de un număr imens de ori: 80% din neuronii creierului se formează în această perioadă. Cu toate acestea, majoritatea acestor celule își pierd rapid capacitatea de a se diviza, iar unele supraviețuiesc până la moartea naturală a organismului fără a se diviza deloc.

Ciclul celular este format din interfaza si mitoza (Fig. 54).

Interfaza- intervalul ciclului celular dintre două diviziuni. Pe parcursul întregii interfaze, cromozomii nu sunt spiralați, ei sunt localizați în nucleul celulei sub formă de cromatina. De regulă, interfaza constă din trei perioade: pre-sintetică, sintetică și postsintetică.

Perioada presintetică (G,) este partea cea mai lungă a interfazei. Poate continua la tipuri variate celule de la 2-Zh la câteva zile. În această perioadă, celula crește, numărul de organele crește în ea, se acumulează energie și substanțe pentru duplicarea ulterioară a ADN-ului. În timpul perioadei Gj, fiecare cromozom este format dintr-o cromatidă, adică numărul de cromozomi ( P)și cromatide (Cu) chibrituri. Un set de cromozomi și cromo-

matid (molecule de ADN) a unei celule diploide în perioada G r a ciclului celular poate fi exprimat prin scriere 2p2s.

În perioada sintetică (S) Are loc duplicarea ADN-ului, precum și sinteza proteinelor necesare formării ulterioare a cromozomilor. LAîn aceeași perioadă are loc o dublare a centriolilor.

Dublarea ADN-ului se numește replicare.În timpul replicării, enzimele speciale separă cele două catene ale moleculei originale de ADN părinte, rupând legăturile de hidrogen dintre nucleotidele complementare. Moleculele ADN polimerazei, principala enzimă de replicare, se leagă de lanțurile separate. Apoi moleculele de ADN polimerază încep să se deplaseze de-a lungul lanțurilor părinte, folosindu-le ca șabloane, și sintetizează noi lanțuri fiice, selectând nucleotide pentru ele conform principiului complementarității (Fig. 55). De exemplu, dacă o secțiune a lanțului ADN părinte are secvența de nucleotide A C G T G A, atunci secțiunea lanțului fiică va arăta ca TGCAC. LAÎn legătură cu aceasta, replicare este denumită reacții de sinteză a matricei. LA replicarea produce două molecule identice de ADN dublu catenar LA fiecare dintre ele include un lanț al moleculei părinte inițiale și un lanț fiică nou sintetizat.

Până la sfârșitul perioadei S, fiecare cromozom constă deja din două cromatide surori identice conectate între ele la centromer. Numărul de cromatide din fiecare pereche de cromozomi omologi devine patru. Astfel, setul de cromozomi și cromatide ale unei celule diploide la sfârșitul perioadei S (adică după replicare) este exprimat de înregistrare. 2p4s.

Perioada postsintetică (G 2) apare după duplicarea ADN-ului.În acest moment, celula acumulează energie și sintetizează proteine ​​pentru diviziunea viitoare (de exemplu, proteina tubulină pentru construirea microtubulilor, care ulterior formează fusul de diviziune). Pe parcursul întregii perioade C 2, setul de cromozomi și cromatide din celulă rămâne neschimbat - 2n4c.

Interfaza se termină și începe Divizia, rezultând formarea celulelor fiice. În timpul mitozei (principala metodă de diviziune celulară la eucariote), cromatidele surori ale fiecărui cromozom se separă unele de altele și intră în diferite celule fiice. În consecință, celulele fiice tinere care intră într-un nou ciclu celular au un set 2p2s.

Astfel, ciclul celular acoperă perioada de timp de la apariția unei celule până la divizarea ei completă în două fiice și include interfaza (perioadele Gr, S-, C2) și mitoza (vezi Fig. 54). O astfel de secvență de perioade ale ciclului celular este tipică pentru celulele în diviziune constantă, de exemplu, pentru celulele stratului germinativ al epidermei pielii, roșu măduvă osoasă, membrana mucoasă a tractului gastrointestinal al animalelor, celulele țesutului educațional al plantelor. Ele sunt capabile să se împartă la fiecare 12-36 de ore.

În schimb, majoritatea celulelor organism pluricelular pornește pe calea specializării și, după ce a trecut printr-o parte a perioadei Gj, poate trece în așa-numita perioada de repaus (perioada de mers). Celulele care se află în perioada G n își îndeplinesc funcțiile specifice în organism, suferă procese metabolice și energetice, dar nu există nicio pregătire pentru replicare. Astfel de celule, de regulă, își pierd definitiv capacitatea de a se diviza. Exemplele includ neuronii, celulele cristalinului ochiului și multe altele.

Cu toate acestea, unele celule care se află în perioada Gn (de exemplu, leucocite, celule hepatice) o pot părăsi și pot continua ciclul celular, trecând prin toate perioadele de interfază și mitoză. Deci, celulele hepatice pot dobândi din nou capacitatea de a se diviza după câteva luni de a fi într-o perioadă de repaus.

Moartea celulară. Moartea (moartea) celulelor individuale sau a grupurilor acestora se întâlnește constant în organismele multicelulare, precum și moartea organismelor unicelulare. Moartea celulară poate fi împărțită în două categorii: necroză (din greacă. nekros- mort) și apoptoză, care este adesea numită moarte celulară programată sau chiar sinucidere celulară.

Necroză- moartea celulelor și țesuturilor dintr-un organism viu, cauzată de acțiunea unor factori dăunători. Cauzele necrozei pot fi expunerea la mare și temperaturi scăzute, radiatii ionizante, variat substanțe chimice(inclusiv toxine eliberate de agenți patogeni). Moartea celulelor necrotice este de asemenea observată ca urmare a acestora deteriorare mecanică, tulburări de aport de sânge și inervație a țesuturilor, cu reacții alergice.

În celulele deteriorate, permeabilitatea membranei este perturbată, sinteza proteinelor se oprește, alte procese metabolice se opresc, nucleul, organelele și, în final, întreaga celulă sunt distruse. O caracteristică a necrozei este că grupuri întregi de celule suferă o astfel de moarte (de exemplu, în infarctul miocardic, o secțiune a mușchiului inimii care conține multe celule moare din cauza încetării aportului de oxigen). De obicei, celulele moarte sunt atacate de leucocite, iar în zona de necroză se dezvoltă o reacție inflamatorie.

apoptoza- moartea celulară programată, reglată de organism. În timpul dezvoltării și funcționării organismului, unele dintre celulele sale mor fără deteriorare directă. Acest proces are loc în toate etapele vieții organismului, chiar și în perioada embrionară.

Într-un organism adult, moartea celulară planificată are loc în mod constant. Celulele sanguine, epiderma pielii, membrana mucoasă a tractului gastrointestinal etc., mor în milioane.După ovulație, o parte din celulele foliculare ale ovarului mor, după alăptare, celulele glandelor mamare. În corpul uman adult, 50-70 de miliarde de celule mor în fiecare zi ca urmare a apoptozei. În timpul apoptozei, celula se rupe în fragmente separate înconjurate de plasmalemă. De obicei, fragmentele de celule moarte sunt preluate de leucocite sau de celulele învecinate fără a declanșa răspuns inflamator. Reumplerea celulelor pierdute este asigurată prin divizare.

Astfel, apoptoza, parcă, întrerupe infinitatea diviziunilor celulare. De la „nașterea” lor până la apoptoză, celulele trec printr-un anumit număr de cicluri celulare normale. După fiecare dintre ele, celula trece fie la un nou ciclu celular, fie la apoptoză.

1. Ce este ciclul celular?

2. Ce se numește interfaza? Ce evenimente principale au loc în perioadele G r , S- și 0 2 - ale interfazei?

3. Ce celule sunt caracterizate de G 0 -nepnofl? Ce se întâmplă în această perioadă?

4. Cum se realizează replicarea ADN-ului?

5. Moleculele de ADN care formează cromozomii omologi sunt aceleași? Ca parte a cromatidelor surori? De ce?

6. Ce este necroza? Apoptoza? Care sunt asemănările și diferențele dintre necroză și apoptoză?

7. Care este semnificația morții celulare programate în viața organismelor pluricelulare?

8. De ce credeți că în marea majoritate a organismelor vii principalul păstrător al informațiilor ereditare este ADN-ul, iar ARN-ul îndeplinește doar funcții auxiliare?

Capitolul 1. Componentele chimice ale organismelor vii

• § 1. Conţinutul de elemente chimice din organism. Macro- și microelemente
• § 2. Compuşi chimici în organismele vii. substante anorganice

Capitolul 2. Celula – unitate structurală și funcțională a organismelor vii

• § 10. Istoria descoperirii celulei. Crearea teoriei celulare
• § 15. Reticulul endoplasmatic. Complexul Golgi. Lizozomi

capitolul 3

• § 24. Caracteristici generale ale metabolismului și conversiei energetice

capitolul 4 Organizare structuralăși reglarea funcțiilor în organismele vii

ciclul celulei

Ciclul celular este perioada de existență a unei celule din momentul formării ei prin divizarea celulei mamă până la propria sa diviziune sau moarte.

Lungimea ciclului celular eucariote

Durata ciclului celular celule diferite variază. Celulele care se înmulțesc rapid ale organismelor adulte, cum ar fi celulele hematopoietice sau bazale ale epidermei și intestinului subțire, pot intra în ciclul celular la fiecare 12-36 de ore.Se observă cicluri celulare scurte (aproximativ 30 de minute) în timpul fragmentării rapide a ouălor de echinoderme, amfibieni și alte animale. În condiții experimentale, multe linii de cultură celulară au un ciclu celular scurt (aproximativ 20 de ore). În majoritatea celulelor care se divid activ, perioada dintre mitoze este de aproximativ 10-24 de ore.

Fazele ciclului celular eucariote

Ciclul celular eucariote este format din două perioade:

Perioada de creștere a celulelor, numită „interfază”, în care se sintetizează ADN-ul și proteinele și se fac preparate pentru diviziunea celulară.

Perioada diviziunii celulare, numită „faza M” (de la cuvântul mitoză - mitoză).

Interfaza constă din mai multe perioade:

Faza G1 (din engleză gap - gap), sau faza de creștere inițială, în timpul căreia ARNm, proteinele și alte componente celulare sunt sintetizate;

Faza S (din engleză sinteza - sintetic), în timpul căreia ADN-ul nucleului celular este replicat, are loc și dublarea centriolilor (dacă, desigur, există).

Faza G2, în timpul căreia există o pregătire pentru mitoză.

Celulele diferențiate care nu se mai divid pot lipsi faza G1 din ciclul celular. Astfel de celule sunt în faza de repaus G0.

Perioada de diviziune celulară (faza M) include două etape:

mitoza (diviziunea nucleului celular);

citokineza (diviziunea citoplasmei).

La rândul său, mitoza este împărțită în cinci etape, in vivo aceste șase etape formând o secvență dinamică.

Descrierea diviziunii celulare se bazează pe datele microscopiei luminoase în combinație cu microfilmarea și pe rezultatele microscopiei luminoase și electronice a celulelor fixe și colorate.

Reglarea ciclului celular

Secvența naturală a perioadelor de schimbare ale ciclului celular este realizată în timpul interacțiunii unor astfel de proteine ​​precum kinazele și ciclinele dependente de ciclină. Celulele din faza G0 pot intra în ciclul celular atunci când sunt expuse la factori de creștere. Diferiți factori de creștere, cum ar fi factorii de creștere a trombocitelor, epidermici și nervoși, prin legarea de receptorii lor, declanșează o cascadă de semnalizare intracelulară, conducând în cele din urmă la transcrierea genelor pentru cicline și kinaze dependente de ciclină. Kinazele dependente de ciclină devin active numai atunci când interacționează cu ciclinele corespunzătoare. Conținutul diferitelor cicline din celulă se modifică pe parcursul întregului ciclu celular. Ciclina este o componentă reglatoare a complexului kinazei dependente de ciclină. Kinaza este componenta catalitică a acestui complex. Kinazele nu sunt active fără cicline. Pe diferite etape ciclului celular, se sintetizează diverse cicline. Astfel, conținutul de ciclină B în ovocitele de broaște atinge un maxim până în momentul mitozei, când se declanșează întreaga cascadă de reacții de fosforilare catalizate de complexul ciclină B/kinază dependentă de ciclină. Până la sfârșitul mitozei, ciclina este degradată rapid de proteinaze.

Puncte de control ale ciclului celular

Pentru a determina finalizarea fiecărei faze a ciclului celular, este necesar să existe puncte de control în ea. Dacă celula „trece” punctul de control, atunci aceasta continuă să „se miște” prin ciclul celular. Dacă, totuși, unele circumstanțe, cum ar fi deteriorarea ADN-ului, împiedică celula să treacă printr-un punct de control, care poate fi comparat cu un fel de punct de control, atunci celula se oprește și o altă fază a ciclului celular nu are loc, cel puțin până când obstacolele sunt îndepărtate, împiedicând cușca să treacă prin punctul de control. Există cel puțin patru puncte de control ciclului celular: un punct de control în G1 unde integritatea ADN-ului este verificată înainte de a intra în faza S, un punct de control în faza S în care replicarea ADN-ului este verificată pentru corectitudine, un punct de control în G2 unde sunt verificate daunele ratate la trecere. punctele de control anterioare sau obținute în etapele ulterioare ale ciclului celular. În faza G2, completitatea replicării ADN este detectată, iar celulele în care ADN-ul este subreplicat nu intră în mitoză. La punctul de control al ansamblului axului, se verifică dacă toți kinetocorii sunt atașați la microtubuli.

Tulburări ale ciclului celular și formarea tumorii

O creștere a sintezei proteinei p53 duce la inducerea sintezei proteinei p21, un inhibitor al ciclului celular

Încălcarea reglării normale a ciclului celular este cauza majorității tumorilor solide. În ciclul celular, așa cum sa menționat deja, trecerea punctelor de control este posibilă numai dacă etapele anterioare sunt finalizate în mod normal și nu există defecțiuni. Celulele tumorale se caracterizează prin modificări ale componentelor punctelor de control ale ciclului celular. Inactivarea punctelor de control ale ciclului celular are ca rezultat disfuncția mai multor supresori tumorali și proto-oncogene, în special p53, pRb, Myc și Ras. Proteina p53 este unul dintre factorii de transcripție care inițiază sinteza proteinei p21, care este un inhibitor al complexului CDK-ciclină, care duce la oprirea ciclului celular în perioadele G1 și G2. Astfel, o celulă al cărei ADN este deteriorat nu intră în faza S. Cu mutațiile care duc la pierderea genelor proteinei p53 sau cu modificările acestora, blocarea ciclului celular nu are loc, celulele intră în mitoză, ceea ce duce la apariția celulelor mutante, majoritatea dintre care nu este viabil, celălalt - dă naștere la celule maligne.

Ciclinele sunt o familie de proteine ​​care sunt activatori ai protein kinazelor dependente de ciclină (CDK) (CDK - kinaze dependente de ciclină) - enzime cheie implicate în reglarea ciclului celular eucariotic. Ciclinele și-au primit numele datorită faptului că concentrația lor intracelulară se modifică periodic pe măsură ce celulele trec prin ciclul celular, atingând un maxim în anumite etape ale acestuia.

Subunitatea catalitică a protein kinazei dependente de ciclină este parțial activată ca urmare a interacțiunii cu molecula de ciclină, care formează subunitatea de reglare a enzimei. Formarea acestui heterodimer devine posibilă după ce ciclina atinge o concentrație critică. Ca răspuns la o scădere a concentrației de ciclină, enzima este inactivată. Pentru activarea completă a protein kinazei dependente de ciclină, trebuie să aibă loc fosforilarea și defosforilarea specifică a anumitor resturi de aminoacizi din lanțurile polipeptidice ale acestui complex. Una dintre enzimele care realizează astfel de reacții este CAK kinaza (CAK - CDK activating kinase).

kinaza dependentă de ciclină

Kinazele dependente de ciclină (CDK) sunt un grup de proteine ​​reglate de ciclină și molecule asemănătoare ciclinei. Majoritatea CDK-urilor sunt implicate în fazele ciclului celular; ele reglează, de asemenea, transcripția și procesarea ARNm. CDK-urile sunt serin/treonin kinaze care fosforilează resturile proteice corespunzătoare. Sunt cunoscute mai multe CDK, fiecare dintre acestea fiind activată de una sau mai multe cicline și alte molecule similare după atingerea concentrației lor critice și, în cea mai mare parte, CDK-urile sunt omoloage, diferând în primul rând în configurația situsului de legare a ciclinei. Ca răspuns la o scădere a concentrației intracelulare a unei anumite cicline, are loc o inactivare reversibilă a CDK corespunzătoare. Dacă CDK-urile sunt activate de un grup de cicline, fiecare dintre ele, ca și cum ar transmite proteine ​​kinaze una către alta, menține CDK-urile într-o stare activată. perioadă lungă de timp. Astfel de unde de activare a CDK apar în timpul fazelor G1 și S ale ciclului celular.

Lista CDK-urilor și autorităților lor de reglementare

CDK1; ciclina A, ciclina B

CDK2; ciclina A, ciclina E

CDK4; ciclina D1, ciclina D2, ciclina D3

CDK5; CDK5R1, CDK5R2

CDK6; ciclina D1, ciclina D2, ciclina D3

CDK7; ciclina H

CDK8; ciclina C

CDK9; ciclina T1, ciclina T2a, ciclina T2b, ciclina K

CDK11 (CDC2L2); ciclina L

Amitoza (sau diviziunea celulară directă) apare mai puțin frecvent în celulele eucariote somatice decât mitoza. A fost descris pentru prima dată de biologul german R. Remak în 1841, termenul a fost propus de un histolog. W. Flemming mai târziu - în 1882. În cele mai multe cazuri, amitoza se observă în celulele cu activitate mitotică redusă: acestea sunt celule îmbătrânite sau alterate patologic, adesea sortite morții (celule ale membranelor embrionare ale mamiferelor, celule tumorale etc.). În timpul amitozei, starea de interfază a nucleului este păstrată morfologic, nucleolul și membrana nucleară sunt clar vizibile. Replicarea ADN-ului este absentă. Spiralizarea cromatinei nu are loc, cromozomii nu sunt detectați. Celula își păstrează activitatea funcțională inerentă, care dispare aproape complet în timpul mitozei. În timpul amitozei, numai nucleul se divide și fără formarea unui fus de fisiune, prin urmare, materialul ereditar este distribuit aleatoriu. Absența citokinezei duce la formarea de celule binucleare, care ulterior nu pot intra în ciclul mitotic normal. Cu amitoze repetate se pot forma celule multinucleate.

Acest concept a mai apărut în unele manuale până în anii 1980. În prezent se crede că toate fenomenele atribuite amitozei sunt rezultatul unei interpretări incorecte a preparatelor microscopice pregătite necorespunzător sau al interpretării fenomenelor care însoțesc distrugerea celulară ca diviziune celulară sau altele. procese patologice. În același timp, unele variante ale fisiunii nucleare eucariote nu pot fi numite mitoză sau meioză. Astfel, de exemplu, este împărțirea macronucleilor multor ciliați, unde, fără formarea unui fus, are loc segregarea fragmentelor scurte de cromozomi.

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 și până la diviziunea ei.

Tema: Reproducerea și dezvoltarea individuală a organismelor

Lecția: Ciclul de viață al unei celule

1. Ciclul celular

Conform teoriei celulare, celulele noi apar doar prin diviziunea celulelor mamă anterioare. Cromozomii, 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. Conform 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 divizare.

Este clar că toate celulele unui organism multicelular nu se pot diviza la infinit, altfel toate ființele, inclusiv oamenii, 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 urmare, 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.

2. Etapele ciclului celular

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).

3. Interfaza

Să caracterizăm mai detaliat interfaza (Fig. 2). Interfaza este formată din 3 perioade: G1, S și G2. Prima perioadă, presintetică (G1), este faza de creștere intensivă a celulelor.

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 G1 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 post-sintetică (G2) apare imediat după dublarea cromozomilor. Durează de la 2 la 5 ore.

În aceeași perioadă, se acumulează energia necesară pentru continuarea procesului 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. Microtubulii, după cum știți, formează firul fusului, iar acum celula este pregătită pentru mitoză.

4. Procesul de duplicare a ADN-ului

Înainte de a trece la o descriere a metodelor 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 ele include 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 de la o plantă... Toate formele vii, fie că sunt organisme animale sau vegetale, fie că sunt constitutive ale acestora. 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. Colecție unificată de Resurse Educaționale Digitale.

3. Colecție unificată de Resurse Educaționale Digitale.

4. Colecție unificată de Resurse Educaționale Digitale.

5. Portalul de internet Schooltube.

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. - Buttard, 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. - Buttard, 2010. - 384 p.