Stanični ciklus. dioba ćelija. Životni ciklus ćelije: faze, periodi. Životni ciklus virusa u ćeliji domaćinu Stanični ciklus uključuje 2 faze

G1, S i G2 faze ćelijskog ciklusa zajednički se nazivaju interfaza. Ćelija koja dijeli provodi većinu svog vremena u međufazi, jer raste kao priprema za diobu. Faza mitoze povezana je s nuklearnom diobom praćenom citokinezom (podjela citoplazme u dvije odvojene ćelije). Na kraju mitotskog ciklusa nastaju dva različita. Svaka ćelija sadrži identičan genetski materijal.

Vrijeme potrebno za završetak diobe stanice ovisi o njenom tipu. Na primjer, stanice u koštanoj srži, stanice kože i stanice u želucu i crijevima dijele se brzo i kontinuirano. Ostale ćelije se dijele po potrebi, zamjenjujući oštećene ili mrtve ćelije. Ove vrste ćelija uključuju ćelije bubrega, jetre i pluća. Ostale, uključujući nervne ćelije, prestaju se dijeliti nakon sazrijevanja.

Periodi i faze ćelijskog ciklusa

Dijagram glavnih faza ćelijskog ciklusa

Dva glavna razdoblja eukariotskog staničnog ciklusa uključuju interfazu i mitozu:

Interfaza

U tom periodu ćelija udvostručuje vlastitu i sintetizira DNK. Procjenjuje se da ćelija koja dijeli troši oko 90-95% svog vremena na interfazu, koja se sastoji od sljedeće 3 faze:

• Faza G1: vremenski interval prije sinteze DNK. U ovoj fazi ćelija povećava veličinu i broj u pripremi za diobu. u ovoj fazi su diploidni, što znači da postoje dva kompleta hromozoma.
• S-faza: faza ciklusa tokom koje se sintetizira DNK. Većina ćelija ima uski vremenski okvir tokom kojeg dolazi do sinteze DNK. Sadržaj hromozoma se u ovoj fazi udvostručuje.
• Faza G2: period nakon sinteze DNK, ali prije početka mitoze. Stanica sintetizira dodatne proteine \u200b\u200bi nastavlja rasti u veličini.

Faze mitoze

Tokom mitoze i citokineze, sadržaj matične ćelije se ravnomjerno raspoređuje između dvije kćerke. Mitoza ima pet faza: profazu, prometafazu, metafazu, anafazu i telofazu.

• Profaza: u ovoj fazi dolazi do promjena kako u citoplazmi tako i u ćeliji koja se dijeli. kondenzuje se u diskretne hromozome. Hromozomi počinju migrirati prema središtu ćelije. Nuklearna ovojnica se raspada i vlakna vretena nastaju na suprotnim polovima ćelije.
• Prometafaza: faza mitoze u eukariotskim somatskim ćelijama nakon profaze i prethodne metafaze. U prometafazi se nuklearna membrana raspada na brojne "membranske vezikule", a hromozomi iznutra tvore proteinske strukture zvane kinetohore.
• Metafaza: u ovoj fazi nuklear potpuno nestaje, formira se vretenasta podjela, a hromozomi se nalaze na metafaznoj ploči (ravni koja je jednako udaljena od dva pola ćelije).
• Anafaza: u ovoj se fazi upareni hromozomi () odvajaju i počinju se kretati prema suprotnim krajevima (polovima) ćelije. Vreteno podjele, koje nije povezano, proteže se i produžava ćeliju.
• Telofaza: u ovoj fazi hromozomi dosežu nova jezgra, a genetski sadržaj ćelije podijeljen je na dva dijela. Citokineza (dioba eukariotskih ćelija) započinje prije kraja mitoze i završava nedugo nakon telofaze.

Citokineza

Citokineza je proces podjele citoplazme u eukariotskim ćelijama koje proizvode različite kćerke. Citokineza se javlja na kraju ćelijskog ciklusa nakon mitoze ili.

U diobi životinjskih ćelija, citokineza se javlja kada kontraktilni prsten stvara razdvojeni žlijeb koji steže staničnu membranu na pola. Izgrađena je ćelijska ploča koja dijeli ćeliju na dva dijela.

Čim ćelija završi sve faze staničnog ciklusa, vraća se u G1 fazu i cijeli se ciklus opet ponavlja. Ćelije tijela također mogu biti u stanju mirovanja, što se naziva fazom Gap 0 (G0) u bilo kojoj točki njihovog životnog ciklusa. Oni mogu ostati u ovoj fazi vrlo dugo vremena dok se ne prime signali za prolazak kroz ćelijski ciklus.

Stanice koje sadrže genetske mutacije stalno se postavljaju u G0 fazu kako bi se spriječilo njihovo umnožavanje. Kada stanični ciklus pođe po zlu, poremećen je normalan rast ćelija. Mogu se razviti koji stječu kontrolu nad vlastitim signalima rasta i nastaviti se nesmetano razmnožavati.

Stanični ciklus i mejoza

Ne dijele se sve stanice kroz proces mitoze. Organizmi koji se reprodukuju seksualno takođe prolaze kroz vrstu ćelijske diobe koja se naziva mejoza. Mejoza se javlja i slična je procesu mitoze. Međutim, nakon kompletnog staničnog ciklusa, u kćeri nastaju četiri stanice kćeri u mejozi. Svaka ćelija sadrži polovinu broja hromozoma izvorne (roditeljske) ćelije. To znači da su polne ćelije. Kada se haploidne muške i ženske zametne stanice kombiniraju u procesu koji se naziva, one tvore jednu, koja se naziva zigota.

Podjela ćelija - skup procesa zbog kojih se od jedne matične stanice formiraju dvije ili više kćerki. Dioba ćelija je biološka osnova života. U slučaju jednoćelijskih organizama, novi organizmi nastaju dijeljenjem ćelija. U višećelijskim organizmima dioba ćelija povezana je s nespolnim i seksualnim razmnožavanjem, rastom i obnavljanjem mnogih njihovih struktura. Primarni zadatak diobe ćelija je prijenos nasljednih informacija sljedećoj generaciji. Prokariotske stanice nemaju formiranu jezgru, pa njihova ćelijska dioba u dvije manje ćerke stanice, poznate kao binarno razdvajanje, lakše i brže. U eukariota se razlikuje nekoliko vrsta diobe stanica:

mitotska podjela - dioba, u kojoj se od jedne matične stanice formiraju dvije kćerke sa istim skupom hromozoma (za somatske ćelije)

mejotičko razdvajanje - podjela, u kojoj se od jedne matične ćelije sa polovičnim (haploidnim) setom hromozoma (u organizmima sa spolnom reprodukcijom) formiraju četiri kćerke

pupanje - podjela, u kojoj se od jedne matične stanice formiraju dvije kćerke, od kojih je jedna veća od druge (na primjer, u kvascu)

višestruko dijeljenje (šizogonija) - dioba, u kojoj se od jedne matične stanice formira mnogo kćerinskih ćelija (na primjer, u plazmodijumu malarije).

Podjela ćelija dio je staničnog ciklusa. Stanični ciklus - ovo je period postojanja ćelije od jedne divizije do druge. Trajanje ovog razdoblja različito je za različite organizme (na primjer, bakterije - 20-30 minuta, za ljudske leukocite - 4-5 dana) i ovisi o starosti, temperaturi, količini DNK, tipu ćelije i slično. U jednoćelijskim organizmima stanični ciklus se poklapa sa životom jedinke, a kod višećelijskih organizama, stanice tijela koje se neprestano dijele, podudaraju se s mitotskim ciklusom. Molekularni procesi koji se odvijaju tokom ćelijskog ciklusa su dosljedni. Implementacija staničnog ciklusa u suprotnom smjeru je nemoguća. Važna karakteristika svih eukariota je da su faze prekomjerne izloženosti ćelijskog ciklusa podložne preciznoj koordinaciji. Jedna faza staničnog ciklusa zamijenjena je drugom po strogo utvrđenom redoslijedu, a prije početka sljedeće faze svi biohemijski procesi karakteristični za prethodnu fazu pravilno su završeni. Poremećaji u staničnom ciklusu mogu dovesti do hromozomskih abnormalnosti. Na primjer, dio hromozoma može se izgubiti, neadekvatno rasporediti između dvije kćerke ćelije i slično. Takve hromozomske abnormalnosti su karakteristične za ćelije karcinoma. Postoje dvije glavne klase regulatornih molekula koji usmjeravaju stanični ciklus. To su ciklini i enzimi kinaze koji zavise od ciklina. L. Hartwell, R. Hunt i P. Nurse dobili su 2001. godine Nobelovu nagradu za medicinu i fiziologiju za otkriće ovih centralnih molekula u regulaciji staničnog ciklusa.

Glavni periodi ćelijskog ciklusa su interfaza, mitoza i citokineza.

Stanični ciklus \u003d Interfaza + mitoza + citokineza

Interfaza (lat. Između, faza - izgled) - period između diobe ćelije ili od diobe stanice do njene smrti.

Trajanje interfaze, u pravilu, iznosi do 90% cjelokupnog staničnog ciklusa. Glavna karakteristika interfaznih ćelija je stanje despiralizacije hromatina. U ćelijama koje su izgubile sposobnost dijeljenja (na primjer, neuroni), interfaza će biti period od posljednje mitoze do smrti ćelije.

Interfaza osigurava rast ćelija, udvostručavanje molekula DNK, sintezu organskih jedinjenja, razmnožavanje mitohondrija, akumulira energiju u ATP, koja je neophodna za osiguravanje diobe ćelija.

Interfaza uključuje presintetski, sintetički i postsintetski period. Presintetski period (G1-faza) - karakterizira rast ćelija. U tom periodu, koji je najduži, stanice rastu, diferenciraju se i obavljaju svoje funkcije. U diferenciranim ćelijama koje se više ne dijele, nema faze G1 u staničnom ciklusu. Takve ćelije su u stanju mirovanja (G0-faza). Sintetičko razdoblje (S-faza) je period čiji je glavni događaj udvostručavanje DNK. Svaki hromozom u ovom periodu postaje bihromatida. Postsintetički period (G2-faza) - period neposredne pripreme za mitozu.

Glavni događaji tokom međufaze

period	Glavni procesi
Presintetički (G1-faza, najduža, od 10 sati do nekoliko dana)	■ formiranje glavnih organela; ■ nukleolus proizvodi mRNA, tRNA, rRNA; ■ intenzivni biosintetski procesi i pojačani rast ćelija
Sintetički (S-faza, trajanje je 6-10 sati)	■ replikacija DNK i sinteza histona i transformacija hromozoma u dvohromatidne strukture; ■ udvostručavanje centriola
Postsynthetic (G2-faza, njeno trajanje je 3-4 sata)	■ razdvajanje, formiranje glavnih novih organela; ■ uništavanje citoskeleta; ■ pojačana sinteza proteina, lipida, ugljenih hidrata, RNA, ATP, itd. |

Mitoza je glavni tip diobe eukariotskih ćelija. Ovaj se odjeljak sastoji od 4 faze ( profaza, metafaza, anafaza, telofaza) i traje od nekoliko minuta do 2-3 sata.

Citokineza (ili citotomija) - podjela citoplazme eukariotske ćelije, koja se događa nakon što je stanica podijelila jezgru (mitoza). U većini slučajeva, citoplazma i organele ćelije su približno podjednako raspoređene između ćerki-ćelija. Izuzetak je oogeneza tijekom koje buduća jajna stanica prima gotovo svu citoplazmu i organele, dok ih polarna tijela gotovo ne sadrže i uskoro odumiru. U onim slučajevima kada nuklearnu diobu ne prati citokineza, formiraju se višedjelične stanice (na primjer, poprečna mišićna vlakna). Citokineza se javlja odmah nakon telofaze. U životinjskim ćelijama, tokom telofaze, plazma membrana počinje da se uvlači prema ekvatoru (pod utjecajem mikrofilamenata) i dijeli ćeliju na pola. U biljnim ćelijama na ekvatoru s mikrofilamentima formira se malo tijela - fragmoblast. Mitohondrije, EPS, Golgijev aparat i ribosomi prelaze u nju. Mjehurići iz Golgijevog aparata kombiniraju se i čine staničnu pločicu koja raste i stapa se sa staničnim zidom matične stanice.

BIOLOGIJA +Apoptoza je fenomen programirane ćelijske smrti. Za razliku od druge vrste ćelijske smrti - nekroze- tokom apoptoze ne dolazi do uništavanja citoplazmatske membrane i, shodno tome, sadržaj ćelije ne ulazi u vanćelijsko okruženje. Karakteristična karakteristika je fragmentacija DNK određenim enzimom endonuklezom u fragmente. Proces apoptoze, koji je neophodan za fiziološku regulaciju broja ćelija u tijelu, za uništavanje starih ćelija, za jesenje opadanje lišća, za citoksično djelovanje limfocita ubica, za embriogenezu tijela itd. Poremećaji normalne apoptoze ćelija dovode do nekontrolirane proliferacije ćelija i pojave tumora.

Rast ljudskog tijela zbog povećanja veličine i broja ćelija, dok je potonja osigurana postupkom diobe ili mitozom. Do proliferacije ćelija dolazi pod utjecajem izvanstaničnih faktora rasta, a stanice same prolaze kroz ponavljajući niz događaja poznatih kao ćelijski ciklus.

Postoje četiri glavna faza: G1 (presintetički), S (sintetički), G2 (postsintetički) i M (mitotski). Nakon toga slijedi razdvajanje citoplazme i plazmatske membrane, što rezultira dvjema identičnim kćerkama. Faze Gl, S i G2 dio su međufaze. Do replikacije hromozoma dolazi tokom sintetske faze ili S-faze.
Većina ćelije nije podložan aktivnoj podjeli, njihova mitotska aktivnost je suzbijena tokom GO faze, koja je dio G1 faze.

Trajanje M-faze je 30-60 minuta, dok čitav stanični ciklus traje oko 20 sati.Ovisno o starosti, normalne (ne-tumorske) ljudske stanice prolaze i do 80 mitotičkih ciklusa.

Procesi ćelijski ciklus kontrolirani sekvencijalno ponavljanom aktivacijom i inaktivacijom ključnih enzima nazvanih cidin-zavisne protein kinaze (CPK), kao i njihovi kofaktori, ciklini. U ovom slučaju, pod utjecajem fosfokinaza i fosfataza, dolazi do fosforilacije i defosforilacije posebnih kompleksa ciklin-CZK odgovornih za početak određenih faza ciklusa.

Pored toga, odgovarajući faze slične CGK proteinima uzrokuju zbijanje hromozoma, puknuće nuklearne ovojnice i reorganizaciju mikrotubula citoskeleta kako bi se formiralo diobeno vreteno (mitotsko vreteno).

G1-faza staničnog ciklusa

G1-faza - međufaza između M- i S-faze, tokom koje dolazi do povećanja količine citoplazme. Uz to, na kraju G1 faze nalazi se prva kontrolna točka na kojoj se vrši popravak DNK i provjeravaju uvjeti okoline (jesu li dovoljno povoljni za prelazak u S-fazu).

U slučaju nuklearne DNK oštećen, povećava se aktivnost p53 proteina, što stimulira transkripciju p21. Potonji se veže za specifični ciklin-CZK-kompleks, koji je odgovoran za prijenos ćelije u S-fazu, i inhibira njezinu diobu u fazi Gl-faze. To omogućava popravljanju enzima za popravak oštećenih fragmenata DNK.

Kada se pojave patologije replikacija proteina p53 s oštećenom DNK nastavlja se, što omogućava dijeljenjem stanica da akumuliraju mutacije i doprinosi razvoju tumorskih procesa. Zbog toga se p53 često naziva „čuvarom genoma“.

G0-faza staničnog ciklusa

Proliferacija ćelija kod sisara moguća je samo uz učešće onih koje luče druge ćelije vanćelijski faktori rasta, koji svoj učinak ostvaruju kroz kaskadnu transdukciju signala protoonkogena. Ako tokom faze G1 ćelija ne primi odgovarajuće signale, tada napušta ćelijski ciklus i prelazi u stanje G0, što može biti nekoliko godina.

G0 blok se javlja uz pomoć supresora mitoze, od kojih je jedan protein retinoblastoma (Rb protein), kodiran normalnim alelima gena retinoblastoma. Ovaj protein se veže za kose regulatorne proteine, blokirajući stimulaciju transkripcije gena potrebnih za proliferaciju ćelija.

Vanćelijski faktori rasta aktivacijom uništavaju blok Gl-specifični ciklin-CZK-kompleksi, koji fosforiliraju protein Rb i mijenjaju njegovu konformaciju, uslijed čega se prekida veza s regulatornim proteinima. U isto vrijeme, ovi posljednji aktiviraju transkripciju gena koji su kodirani njima, a koji pokreću proces proliferacije.

S faza ćelijskog ciklusa

Standardna količina dvolančana DNK u svakoj ćeliji, koja odgovara diploidnom skupu jednolančanih hromozoma, obično se označava kao 2C. Set 2C se održava tokom G1 faze i udvostručuje (4C) tokom S-faze kada se sintetiše nova hromozomska DNK.

Od kraja S-faze i prije M faze (uključujući G2 fazu), svaki vidljivi hromozom sadrži dvije čvrsto povezane molekule DNA zvane sestrinske hromatide. Tako u ljudskim ćelijama, od kraja S-faze do sredine M-faze, ima 23 para hromozoma (46 vidljivih jedinica), ali 4C (92) dvostruke spiralne nuklearne DNK.

U procesu mitoza distribucija identičnih setova hromozoma preko dvije ćerke ćelije odvija se na takav način da svaka od njih sadrži 23 para molekula 2C-DNK. Treba napomenuti da su faze G1 i G0 jedine faze staničnog ciklusa, tokom kojih 2C-skup molekula DNK odgovara 46 hromozoma u ćelijama.

G2-faza staničnog ciklusa

Drugi check pointna kojem se provjerava veličina ćelija na kraju je G2 faze, smještene između S-faze i mitoze. Pored toga, u ovoj fazi, prije nego što se pristupi mitozi, provjerava se kompletnost replikacije i integritet DNK. Mitoza (M-faza)

1. Profaza... Kromosomi, od kojih se svaki sastoji od dvije identične kromatide, počinju se zgušnjavati i postaju vidljivi unutar jezgre. Na suprotnim polovima ćelije, vretenasti aparat počinje da se stvara od tubulinskih vlakana oko dva centrosoma.

2. Prometafaza... Dolazi do razdvajanja nuklearne membrane. Kinetohore nastaju oko hromozomskih centromera. Tubulinska vlakna prodiru u jezgru i koncentriraju se u blizini kinetohora, povezujući ih sa vlaknima koja proizlaze iz centrosoma.

3. Metafaza... Napetost vlakana prisiljava hromozome da se poredaju u sredini između polova vretena, stvarajući tako metafaznu ploču.

4. Anaphase... DNA Centromere, podijeljena između sestrinskih hromatida, duplicirana je, hromatide se odvajaju i razilaze bliže polovima.

5. Telofaza... Odvojene sestrinske hromatide (koje se od sada smatraju hromozomima) dopiru do polova. Nuklearna membrana se pojavljuje oko svake od grupa. Kondenzirani hromatin se raspršuje i nastaju nukleoli.

6. Citokineza... Stanična membrana se skuplja i na sredini između polova stvara se brazda u cijepanju koja na kraju razdvaja dvije ćerke.

Centrosomski ciklus

In faza G1 vrijeme postoji razdvajanje para centriola povezanih sa svakim centrosomom. Tokom S i G2 faze, nova kćerka centriola se formira desno od starih centriola. Na početku M-faze centrosom se dijeli, dva kćerka centrosoma razilaze se na polovima ćelije.

Biološki značaj diobe ćelija. Nove ćelije nastaju podjelom postojećih. Ako se jednoćelijski organizam podijeli, tada se od njega formiraju dva nova. Višećelijski organizam također započinje svoj razvoj, najčešće iz jedne ćelije. Kroz višestruke podjele stvara se ogroman broj ćelija koje čine tijelo. Podjela ćelija osigurava reprodukciju i razvoj organizama, što znači kontinuitet života na Zemlji.

Stanični ciklus - život ćelije od trenutka nastanka u procesu podjele matične ćelije do vlastite podjele (uključujući tu podjelu) ili smrti.

Tijekom ovog ciklusa svaka ćelija raste i razvija se na takav način da uspješno obavlja svoje funkcije u tijelu. Dalje, ćelija funkcionira određeno vrijeme, nakon čega se ili dijeli, formirajući ćerke ćelije ili umire.

U različitim vrstama organizama stanični ciklus traje različito vrijeme: na primjer, u bakterije traje oko 20 minuta, ciliates shoes - od 10 do 20 sati.Čelije višećelijskih organizama u ranim fazama razvoja često se dijele i tada se stanični ciklusi značajno produžuju. Na primjer, neposredno nakon rođenja osobe, moždane ćelije se dijele ogroman broj puta: 80% moždanih neurona nastaje u tom periodu. Međutim, većina ovih ćelija brzo gubi sposobnost dijeljenja, a neke preživljavaju do prirodne smrti tijela, uopće se ne dijeleći.

Stanični ciklus sastoji se od interfaze i mitoze (slika 54).

Interfaza- interval ćelijskog ciklusa između dva odjeljenja. Tokom čitave interfaze, hromozomi nisu spiralni; nalaze se u jezgri ćelije u obliku hromatina. Tipično se interfaza sastoji od tri razdoblja: predsintetskog, sintetičkog i postsintetskog.

Presintetski period (G,)- najduži dio međufaze. Može trajati u raznim vrstama ćelija od 2 - 3 sata do nekoliko dana. U tom periodu ćelija raste, povećava se broj organela, akumuliraju se energija i supstance za naknadno udvostručavanje DNK - Tijekom Gj-perioda svaki se hromozom sastoji od jedne hromatide, tj. Broja hromozoma ( p) i hromatide (od) šibice. Skup hromozoma i hro-

matid (molekuli DNK) diploidne ćelije u G r periodu staničnog ciklusa može se izraziti pisanjem 2p2s.

U sintetičkom periodu (S)dolazi do dupliranja DNK, kao i do sinteze proteina neophodnih za naknadno stvaranje hromozoma. INu istom periodu dolazi do udvostručenja centriola.

DNK se udvostručuje replikacija.Tokom replikacije, posebni enzimi prekidaju dvije niti izvornog roditeljskog molekula DNA, prekidajući vodonične veze između komplementarnih nukleotida. Molekuli DNA polimeraze, glavnog enzima replikacije, vezuju se za odvojene lance. Tada se molekuli DNK polimeraze počinju kretati duž matičnih lanaca, koristeći ih kao predloške, i sintetiziraju nove kćerke lance, odabirući im nukleotide prema principu komplementarnosti (slika 55). Na primjer, ako dio roditeljskog lanca DNA ima nukleotidnu sekvencu A C G T G A, tada će dio lanca kćeri izgledati poput THCATsT. INstoga se replikacija naziva reakcije sinteze matrice. INkao rezultat replikacije nastaju dvije identične dvolančane molekule DNA INsastav svakog od njih uključuje jedan lanac izvornog roditeljskog molekula i jedan novo sintetizirani kćerki lanac.

Na kraju perioda S, svaki se hromozom već sastoji od dvije identične sestrinske hromatide, međusobno povezane u regiji centromere. Broj hromatida u svakom paru homoloških hromozoma postaje jednak četiri. Dakle, skup hromozoma i kromatida diploidne ćelije na kraju S-perioda (tj. Nakon replikacije) izražava se oznakom 2p4s.

Postsintetički period (G 2)nastaje nakon udvostručavanja DNK - u ovom trenutku ćelija akumulira energiju i sintetizira proteine \u200b\u200bza predstojeću diobu (na primjer, protein tubulin za izgradnju mikrotubula koji naknadno formiraju diobeno vreteno). Tokom čitavog perioda C2, set hromozoma i hromatida u ćeliji ostaje nepromenjen - 2n4s.

Interfaza završava i započinje podjela,uslijed čega nastaju kćerke ćelije. Tokom mitoze (glavni način podjele eukariotskih ćelija), sestrinske hromatide svakog hromozoma odvajaju se jedna od druge i ulaze u različite kćerke. Prema tome, mlade ćerke ćelije koje ulaze u novi ćelijski ciklus imaju skup 2p2s.

Dakle, stanični ciklus pokriva period od nastanka ćelije do potpune podjele na dvije ćerke i uključuje interfazu (G r, S-, C 2 -periodi) i mitozu (vidi sliku 54). Takav slijed perioda staničnog ciklusa karakterističan je za stanice koje se stalno dijele, na primjer, za stanice sloja rasta epidermisa kože, crvene koštane srži, sluznice gastrointestinalnog trakta životinja, ćelije obrazovnog tkiva biljaka. Mogu dijeliti svakih 12 do 36 sati.

Suprotno tome, većina ćelija višećelijskog organizma ide putem specijalizacije i, nakon prolaska kroz dio Gj-perioda, mogu preći u tzv. period odmora (Go-period).Stanice u G n-periodu izvršavaju svoje specifične funkcije u tijelu, u njima se odvijaju metabolizam i energetski procesi, ali nema pripreme za replikaciju. Takve ćelije, u pravilu, trajno gube sposobnost podjele. Primjeri uključuju neurone, ćelije sočiva i mnoge druge.

Međutim, neke stanice u Gn-periodu (na primjer, leukociti, ćelije jetre) mogu ga napustiti i nastaviti stanični ciklus, prolazeći kroz sva razdoblja interfaze i mitoze. Dakle, ćelije jetre mogu ponovo steći sposobnost dijeljenja nakon nekoliko mjeseci u stanju mirovanja.

Ćelijska smrt. U višećelijskim organizmima se neprestano susreće smrt (smrt) pojedinih ćelija ili njihovih grupa, kao i smrt jednoćelijskih organizama. Stanična smrt može se podijeliti u dvije kategorije: nekroza (od grčkog. necros - mrtvi) i apoptoza, koja se često naziva programiranom ćelijskom smrću ili čak ćelijskim samoubistvom.

Nekroza- smrt ćelija i tkiva u živom organizmu, uzrokovana djelovanjem štetnih faktora. Uzroci nekroze mogu biti izloženost visokim i niskim temperaturama, jonizujućem zračenju, raznim hemikalijama (uključujući toksine koje patogeni oslobađaju). Nekrotična smrt ćelija se takođe zapaža kao rezultat njihovih mehaničkih oštećenja, poremećaja opskrbe krvlju i inervacije tkiva, u slučaju alergijskih reakcija.

U oštećenim ćelijama poremećena je propusnost membrane, zaustavlja se sinteza proteina, zaustavljaju se drugi metabolički procesi, uništavaju se jezgra, organele i, konačno, cijela ćelija. Karakteristika nekroze je da cijele grupe ćelija prolaze kroz takvu smrt (na primjer, kod infarkta miokarda, dio srčanog mišića koji sadrži mnogo stanica odumire zbog prestanka opskrbe kisikom). Obično umiruće stanice napadaju leukociti, a u zoni nekroze razvija se upalna reakcija.

Apoptoza- programirana smrt ćelija, koju reguliše tijelo. Tokom razvoja i funkcioniranja organizma, neke od njegovih ćelija umiru bez direktnih oštećenja. Taj se proces odvija u svim fazama života organizma, čak iu embrionalnom periodu.

U odraslom organizmu se planirana ćelijska smrt takođe događa stalno. Milioni ćelija umiru od krvi, kožnog epidermisa, sluznice gastrointestinalnog trakta itd. Nakon ovulacije dio folikularnih ćelija jajnika umire, nakon laktacije - ćelije dojke. U tijelu odrasle osobe dnevno umire 50-70 milijardi ćelija kao rezultat apoptoze. Tokom apoptoze, ćelija se raspada na odvojene fragmente okružene plazmalemom. Obično fragmente mrtvih ćelija uzimaju leukociti ili susjedne ćelije bez pokretanja upalnog odgovora. Nadoknađivanje izgubljenih ćelija obezbeđuje se deljenjem.

Dakle, apoptoza prekida beskonačnost ćelijskih dioba. Od svog "rođenja" do apoptoze, stanice prolaze određeni broj normalnih ćelijskih ciklusa. Nakon svakog od njih, stanica prelazi ili u novi ćelijski ciklus ili u apoptozu.

1. Šta je stanični ciklus?

2. Šta se naziva interfaza? Koji su glavni događaji koji se događaju u G r, S i O 2 periodima međufaze?

3. Koje ćelije karakteriše G 0 -nepnofl? Šta se događa u tom periodu?

4. Kako se vrši replikacija DNK?

5. Da li su molekuli DNK koji čine homologne hromozome jednaki? Sastav sestrinskih kromatida? Zašto?

6. Šta je nekroza? Apoptoza? Koje su sličnosti i razlike između nekroze i apoptoze?

7. Kakav je značaj programirane ćelijske smrti u životu višećelijskih organizama?

8. Zašto mislite da ogromna većina živih organizama ima DNK kao glavnog čuvara nasljednih informacija, dok RNK obavlja samo pomoćne funkcije?

Poglavlje 1. Hemijske komponente živih organizama

• § 1. Sadržaj hemijskih elemenata u tijelu. Makro- i mikroelementi
• § 2. Hemijska jedinjenja u živim organizmima. Neorganske supstance

Poglavlje 2. Ćelija - strukturna i funkcionalna jedinica živih organizama

• § 10. Istorija otkrića ćelije. Stvaranje ćelijske teorije
• § 15. Endoplazmatski retikulum. Golgijev kompleks. Lizozomi

Poglavlje 3. Metabolizam i pretvorba energije u tijelu

• § 24. Opšte karakteristike metabolizma i pretvorbe energije

Poglavlje 4. Strukturna organizacija i regulacija funkcija u živim organizmima

Razmnožavanje i razvoj organizama, prijenos nasljednih informacija i regeneracija temelje se na diobi stanica. Ćelija kao takva postoji samo u vremenskom intervalu između podjela.

Razdoblje postojanja ćelije od trenutka nastanka podjelom matične ćelije (tj. Sama podjela je također uključena u ovaj period) do trenutka vlastite podjele ili smrti naziva se vitalno ili ćelijski ciklus.

Životni ciklus ćelije podijeljen je u nekoliko faza:

• faza podjele (u ovoj fazi dolazi do mitotske podjele);
• faza rasta (odmah nakon diobe započinje rast ćelija, povećava se volumen i dostiže određenu veličinu);
• faza odmora (u ovoj fazi sudbina ćelije još nije utvrđena: ćelija može započeti pripremu za diobu ili slijediti put specijalizacije);
• faza diferencijacije (specijalizacija) (javlja se na kraju faze rasta - u ovom trenutku ćelija dobiva određene strukturne i funkcionalne karakteristike);
• faza zrelosti (period funkcionisanja ćelije, obavljanje određenih funkcija, ovisno o specijalizaciji);
• faza starenja (period slabljenja vitalnih funkcija ćelije, koji završava njenom diobom ili smrću).

Trajanje ćelijskog ciklusa i broj faza uključenih u njega različiti su u ćelijama. Na primjer, stanice nervnog tkiva nakon završetka embrionalnog razdoblja prestaju se dijeliti i funkcioniraju tijekom života organizma, a zatim umiru. Drugi primjer su stanice embriona. U fazi drobljenja, oni, završivši jednu podjelu, odmah prelaze na sljedeću, zaobilazeći istovremeno sve ostale faze.

Postoje sljedeći načini diobe ćelija:

1. mitoza ili kariokineza - indirektna podjela;
2. mejoza ili redukcijska podjela - dioba, koja je karakteristična za fazu sazrijevanja zametnih ćelija ili stvaranje spora u biljaka viših spora.

Mitoza je kontinuirani proces, uslijed kojeg prvo dolazi do udvostručavanja, a zatim do ravnomjerne raspodjele nasljednog materijala između ćerki-ćelija. Kao rezultat mitoze pojavljuju se dvije ćelije, od kojih svaka sadrži onoliko hromozoma koliko je bilo u majčinoj ćeliji. Jer hromozomi ćerki ćelija potječu od majčinih hromozoma preciznom replikacijom DNK, njihovi geni imaju potpuno iste nasljedne informacije. Ćerke ćelije su genetski identične matičnoj ćeliji.
Dakle, tokom mitoze dolazi do tačnog prenosa naslednih informacija sa roditelja na ćerke ćelije. Broj ćelija u tijelu povećava se kao rezultat mitoze, koja je jedan od glavnih mehanizama rasta. Treba imati na umu da se mitozom mogu dijeliti stanice s različitim hromozomskim setom - ne samo diploidne (somatske ćelije većine životinja), već i haploidne (mnoge alge, gametofiti viših biljaka), triploidne (endosperm kritosjemenjače) ili poliploidne.

Mnogo je vrsta biljaka i životinja koje se aseksualno razmnožavaju samo kroz jednu mitotsku diobu ćelija, tj. mitoza je osnova nespolne reprodukcije. Zahvaljujući mitozi, stanice se zamjenjuju i izgubljeni dijelovi tijela obnavljaju, što je uvijek prisutno u jednom ili drugom stepenu u svim višećelijskim organizmima. Podjela mitotičkih ćelija odvija se pod potpunom genetskom kontrolom. Mitoza je središnji događaj u mitotskom ciklusu ćelije.

Mitotski ciklus - kompleks međusobno povezanih i kronološki utvrđenih događaja koji se javljaju tokom pripreme ćelije za deobu i tokom same deobe ćelije. Trajanje mitotskog ciklusa može se uvelike razlikovati kod različitih organizama. Najkraći mitotički ciklusi nalaze se u cijepanju jaja nekih životinja (na primjer, u zlatnim ribicama, prve podjele cijepanja događaju se svakih 20 minuta). Najčešće trajanje mitotičkih ciklusa je 18-20 sati. Postoje i ciklusi koji traju nekoliko dana. Čak i u različitim organima i tkivima jednog organizma, trajanje mitotskog ciklusa može biti različito. Na primjer, kod miševa se stanice epitelnog tkiva duodenuma dijele svakih 11 sati, jejunuma svakih 19 sati, a na rožnici oka svaka 3 dana.

Koji tačno faktori navode ćeliju na mitozu, naučnici nisu poznati. Postoji pretpostavka da glavnu ulogu ovdje igra nuklearno-citoplazmatski odnos (omjer volumena jezgre i citoplazme). Također postoje dokazi da umiruće stanice proizvode tvari koje mogu stimulirati diobu stanica.

U mitotskom ciklusu razlikuju se dva glavna događaja: interfaza i samoga sebe podjela .

Nove ćelije nastaju u dva uzastopna procesa:

1. mitoza, što dovodi do udvostručenja jezgre;
2. citokineza - podjela citoplazme, u kojoj se pojavljuju dvije ćerke ćelije, od kojih svaka sadrži jedno kćerno jezgro.

Sama dioba stanice obično traje 1-3 sata, stoga se glavni dio života stanice odvija u interfazi. Interfaza naziva se vremenski interval između dvije ćelijske diobe. Trajanje interfaze je obično do 90% cjelokupnog staničnog ciklusa. Interfaza se sastoji od tri perioda: presintetski ili G 1, sintetički ili S, i postsintetički ili G 2.

Presintetički period je najduži međufazni period, njegovo trajanje se kreće od 10 sati do nekoliko dana. Odmah nakon diobe obnavljaju se obilježja organizacije interfazne ćelije: završava se stvaranje nukleolusa, dolazi do intenzivne sinteze proteina u citoplazmi, što dovodi do povećanja mase stanica, stvara se zaliha prekursora DNK, enzimi koji kataliziraju reakciju replikacije DNK itd. Oni. u presintetičkom periodu postoje procesi pripreme za naredni period međufaze - sintetički.

Trajanje sintetički period može varirati: kod bakterija traje nekoliko minuta, kod ćelija sisara može doseći 6-12 sati. U sintetičkom periodu dolazi do udvostručavanja molekula DNK - glavnog događaja međufaze. U tom slučaju svaki hromozom postaje dihromatid i njihov se broj ne mijenja. Istovremeno s replikacijom DNK u citoplazmi, dolazi do intenzivnog procesa sinteze proteina koji čine hromozome.

Uprkos činjenici da se naziva period G 2 postsintetički , procesi sinteze u ovoj fazi interfaze se nastavljaju. Postsintetički se naziva samo zato što započinje nakon završetka procesa sinteze DNK (replikacije). Ako se u presintetskom periodu vrši rast i priprema za sintezu DNK, tada se u postsintetskom periodu ćelija priprema za diobu, koju karakteriziraju i intenzivni procesi sinteze. U tom periodu nastavlja se proces sinteze proteina koji čine hromozome; sintetišu se energetske supstance i enzimi koji su neophodni za osiguravanje procesa ćelijske diobe; započinje spiralizacija hromozoma, sintetišu se proteini koji su neophodni za izgradnju mitotskog aparata ćelije (vreteno za deljenje); dolazi do povećanja mase citoplazme i volumen jezgre se uvelike povećava. Na kraju postsintetskog perioda, ćelija počinje da se dijeli.