Головна Хронічний Життєвий цикл клітини. Клітинний цикл. розподіл клітин З яких двох етапів складається клітинний цикл

Життєвий цикл клітини. Клітинний цикл. розподіл клітин З яких двох етапів складається клітинний цикл

Розподіл клітини- Сукупність процесів, завдяки яким з однієї материнської клітини утворюється дві або більше дочірніх клітин.Розподіл клітин є біологічною основою життя. У разі одноклітинних організмів завдяки поділу клітин утворюються нові організми. У багатоклітинних організмів з розподілом клітин пов'язане безстатеве та статеве рорзмноження, зростання та відновлення багатьох їх структур. Першочерговим завданням поділу клітини є передача спадкової інформації наступного покоління. Клітини прокаріотів не мають сформованого ядра, тому їх розподіл клітин на дві менших дочірніх, відомий як бінарний поділ,здійснюється простіше та швидше. У еукаріотів виділяють кілька типів поділу клітин:

Мітотичний поділ- поділ, при якому з однієї материнської клітини утворюється дві дочірні клітини з таким же набором хромосом (для соматичних клітин)

мейотичний поділ -поділ, при якому з однієї материнської клітини утворюється чотири дочірні клітини з половинним (гаплоїдним) набором хромосом (у організмів зі статевим розмноженням)

брунькування -поділ, при якому з однієї материнської клітини утворюється дві дочірні клітини, одна з яких за розмірами перевершує іншу (наприклад, у дріжджів)

множинний поділ(шизогонія) – поділ, при якому з однієї материнської клітини утворюється багато дочірніх клітин (наприклад, у малярійного плазмодія).

Розподіл клітини є частиною клітинного циклу. Клітинний цикл- Це період існування клітини від одного поділу до іншого.Тривалість цього періоду різна у різних організмів (наприклад, у бактерій – 20-30 хв, для лейкоцитів людини – 4-5 діб) і залежить від віку, температури, кількості ДНК, типу клітин тощо. У одноклітинних клітинний циклзбігається з життям особини, а багатоклітинних організмів у клітин тіла, які безперервно діляться, збігається з мітотичним циклом. Молекулярні процеси, що відбуваються протягом клітинного циклу, є послідовними. Здійснення клітинного циклу у зворотному напрямку неможливе. Важливою рисою всіх еукаріотів є те, що перебігризних фаз клітинного циклу підлягає точної координації. Одна фаза клітинного циклу змінюється іншою у строго встановленому порядку, причому перед початком наступної фази мають належним чином завершитися всі біохімічні процеси, характерні для попередньої фази. Збої під час клітинного циклу можуть призвести до хромосомних аномалій. Наприклад, частина хромосом може бути втрачена, неадекватно розподілена між двома дочірніми клітинами тощо. Подібні хромосомні порушення характерні для ракових клітин. Існує два основних класи регуляторних молекул, які спрямовують клітинний цикл. Це цикліни та циклін-залежні ферменти-кінази. Л. Гартвел, Р. Хант та П. Нерс отримали Нобелівську премію в галузі медицини та фізіології 2001 року при відкритті цих центральних молекул у регуляції клітинного циклу.

Основними періодами клітинного циклу є інтерфаза, мітоз та цитокінез.

Клітинний цикл= Інтерфаза + Мітоз + Цитокінез

Інтерфаза (лат. Inter - між, phasis - поява) - Період між поділами клітини або від поділу клітини до її загибелі.

Тривалість інтерфази, як правило, становить до 90% часу всього клітинного циклу. Основною ознакою інтерфазних клітин є деспіралізований стан хроматину. У клітин, які втратили здатність до поділу (наприклад, нейронів), інтерфаза буде періодом від останнього мітозу до смерті клітини.

Інтерфаза забезпечує зростання клітин, подвоєння молекул ДНК, синтез органічних сполук, розмноження мітохондрій, у ній відбувається накопичення енергії в АТФ, яка необхідна забезпечення розподілу клітин.

Інтерфаза включає пресинтетичний, синтетичний та постсинтетичний періоди. Пресинтетичний період(G1-фаза) – характеризується зростанням клітини. У цей період, який є найтривалішим, клітини ростуть, диференціюються та виконують свої функції. У диференційованих клітин, які більше не діляться, у клітинному циклі відсутня G1-фаза. Такі клітини перебувають у періоді спокою (G0-фаза). Синтетичний період(S-фаза) – це період, основною подією якого є подвоєння ДНК. Кожна хромосома у цьому періоді стає двороматидною. Постсинтетичний період(G2-фаза) – період безпосередньої підготовки до мітозу.

Основні події під час інтерфази

період	Основні процеси
Пресинтетичний(G1-фаза, найдовша, від 10 год до кількох діб)	■ утворення основних органел; ■ ядерце виробляє мРНК, тРНК, рРНК; ■ інтенсивні процеси біосинтезу та посилене зростання клітин
Синтетичний(S-фаза, її тривалість – 6-10 год)	■ реплікація ДНК та синтез гістонів та перетворення хромосоми у двохроматидні структури; ■ подвоєння центріолей
Постсинтетичний(G2-фаза, її тривалість – 3-4 год)	■ поділ, формування основних нових органел; ■ руйнування цитоскелета; ■ посилений синтез білків, ліпідів, вуглеводів, РНК, АТФ та ін.

Мітоз є основним типом поділу еукаріотів.Цей розділ складається з 4 фаз ( профаза, метафаза, анафаза, телофаза) і триває від кількох хвилин до 2-3 годин.

Цнтокінез(або цитотомія) - поділ цитоплазми еукаріотичної клітини, який відбувається після того, як у клітці відбувся поділ ядра (каріокінез). У більшості випадків цитоплазма та органели клітини розподіляються між дочірніми клітинами приблизно порівну. Винятком є оогенез, в процесі якого майбутня яйцеклітина отримує практично всю цитоплазму та органели, тоді як полярні тільця їх майже не містять і незабаром відмирають. У тих випадках, коли поділ ядра не супроводжується цитокінезом, утворюються багатоядерні клітини (наприклад, поперечнополосовані м'язові волокна). Цитокінез настає відразу після телофази. У тваринних клітинах під час телофази плазматична мембрана починає вгинатися всередину на рівні екватора (під дією мікрониток) і поділяє клітину навпіл. У рослинних клітинах на екваторі з мікрониток утворюється тільце - фрагмобласт.До нього переміщуються мітохондрії, ЕПС, апарат Гольджі, рибосоми. Пухирці від апарату Гольджі поєднуються і утворюється клітинна платівка, яка розростається і зливається з клітинною стінкою материнської клітини.

БІОЛОГІЯ +Апоптоз- Це явище програмованої смерті клітин. На відміну від іншого виду клітинної смерті – некрозу- при апоптозі і не відбувається руйнування цитоплазматичної мембрани і, відповідно, вміст клітини не потрапляє у позаклітинне середовище. Характерною ознакою є фрагментація ДНК специфічним ферментом ендонуклезою на фрагменти. Процес апоптозу з необхідним для фізіологічного регулювання кількості клітин організму, для знищення старих клітин, для осіннього листопада, для цитоксичної дії лімфоцитів-кілерів, для ембріогенезу організму та ін. Порушення нормального апоптозу клітин призводить до неконтрольованого розмноження клітин та появи пухлини.

Цей урок дозволяє самостійно вивчити тему «Життєвий цикл клітини». На ньому ми поговоримо, що грає головну роль при клітинному розподілі, що передає генетичну інформацію від одного покоління до іншого. Також ви вивчите весь життєвий цикл клітини, який ще називають послідовністю подій, що протікають від моменту утворення клітини до її поділу.

Тема: Розмноження та індивідуальний розвиток організмів

Урок: Життєвий цикл клітини

Згідно з клітинною теорією, нові клітини виникають тільки шляхом поділу попередніх материнських клітин. , у яких містяться молекули ДНК, грають важливу рольу процесах клітинного поділу, оскільки забезпечують передачу генетичної інформації від покоління до іншого.

Тому дуже важливо, щоб дочірні клітини отримали однакову кількість генетичного матеріалу, і цілком природно, що перед розподілом клітинивідбувається подвоєння генетичного матеріалу, тобто молекул ДНК (рис. 1).

Що таке клітинний цикл? Життєвий цикл клітини- Послідовність подій, що відбуваються від моменту утворення даної клітини до її поділу на дочірні клітини. Згідно з іншим визначенням, клітинний цикл - життя клітини від моменту її появи в результаті поділу материнської клітини до її власного поділу або загибелі.

Протягом клітинного циклу клітина росте і видозмінюється так, щоб успішно виконувати свої функції у багатоклітинному організмі. Цей процес називається диференціювання. Потім клітина успішно виконує свої функції протягом певного проміжку часу, після чого приступає до поділу.

Зрозуміло, що це клітини багатоклітинного організму що неспроможні ділитися нескінченно, інакше все істоти, зокрема й людина, були б безсмертними.

Рис. 1. Фрагмент молекули ДНК

Цього не відбувається, тому що в ДНК є гени смерті, які активуються за певних умов. Вони синтезують певні білки-ферменти, що руйнують структури клітини, її органели. В результаті клітина стискається і гине.

Така запрограмована клітинна смерть зветься апоптозу. Але в період від моменту появи клітини до апоптозу, клітина проходить безліч поділів.

Клітинний цикл складається з 3-х основних стадій:

1. Інтерфаза – період інтенсивного росту та біосинтезу певних речовин.

2. Мітоз, або каріокінез (розподіл ядра).

3. Цитокінез (розподіл цитоплазми).

Давайте докладніше охарактеризуємо стадії клітинного циклу. Отже, перша – це інтерфаза. Інтерфаза - найбільш тривала фаза, період інтенсивного синтезу та зростання. У клітині синтезується багато речовин, необхідні її зростання та здійснення всіх властивих їй функцій. Під час інтерфази відбувається реплікація ДНК.

Мітоз - процес розподілу ядра, у якому хроматиди відокремлюються друг від друга і перерозподіляються як хромосом між дочірніми клітинами.

Цитокінез – процес поділу цитоплазми між двома дочірніми клітинами. Зазвичай під назвою мітоз цитології об'єднують стадію 2 і 3, тобто розподіл клітини (каріокінез), та розподіл цитоплазми (цитокінез).

Давайте детальніше охарактеризуємо інтерфазу (рис. 2). Інтерфаза складається з 3-х періодів: G1, S та G2. Перший період, пресинтетичний (G1) – це фаза інтенсивного росту клітини.

Рис. 2. Основні стадії життєвого циклу клітини.

Тут відбувається синтез певних речовин, це найбільш тривала фаза, яка слідує за розподілом клітин. У цій фазі відбувається накопичення речовин та енергії, необхідної для наступного періоду, тобто для подвоєння ДНК.

Згідно з сучасними уявленнями, у період G 1 синтезуються речовини, які інгібують або стимулюють наступний період клітинного циклу, а саме синтетичний період.

Синтетичний період (S) зазвичай триває від 6 до 10 годин, на відміну від пресинтетичного періоду, який може тривати до декількох діб і включає подвоєння ДНК, а також синтез білків, наприклад білків гістонів, які можуть формувати хромосоми. До кінця синтетичного періоду кожна хромосома складається з двох хроматид, з'єднаних один з одним центроміром. У цей період центріолі подвоюються.

Постсинтетичний період (G2), настає відразу після подвоєння хромосом. Він триває від 2-х до 5-ї години.

У цей період накопичується енергія, необхідна для подальшого процесу розподілу клітини, тобто безпосередньо для мітозу.

У цей період відбувається розподіл мітохондрій та хлоропластів, а також синтезуються білки, які згодом утворюватимуть мікротрубочки. Мікротрубочки, як ви знаєте, утворюють нитку веретена поділу, і тепер клітина готова до мітозу.

Перш ніж перейти до опису способів поділу клітини, розглянемо процес подвоєння ДНК, що призводить до утворення двох хроматидів. Цей процес відбувається у синтетичному періоді. Подвоєння молекули ДНК називають реплікацією чи редуплікацією (рис. 3).

Рис. 3. Процес реплікації (редуплікації) ДНК (синтетичний період інтерфази). Фермент геліказу (зелений) розплітає подвійну спіраль ДНК, а ДНК-полімерази (блакитний та помаранчевий) добудовують комплементарні нуклеотиди.

Під час реплікації частина молекули материнської ДНК розплітається на дві нитки за допомогою спеціального ферменту – хелікази. Причому це досягається розривом водневих зв'язків між комплементарними азотистими основами (А-Т та Г-Ц). Далі до кожного нуклеотиду ниток ДНК, що розійшлися, фермент ДНК полімерази підлаштовує комплементарний йому нуклеотид.

Так утворюються дві дволанцюгові молекули ДНК, до складу кожної з якої входить один ланцюжок материнської молекули і один новий дочірній ланцюжок. Ці дві молекули ДНК є абсолютно ідентичними.

Розплести для реплікації всю велику молекулу ДНК одночасно неможливо. Тому реплікація починається в окремих ділянках молекули ДНК, утворюються короткі фрагменти, які потім зшиваються у довгу нитку за допомогою певних ферментів.

Тривалість клітинного циклу залежить від типу клітини та від зовнішніх факторів, таких як температура, наявність кисню, наявність поживних речовин. Наприклад, бактеріальні клітини у сприятливих умовах діляться кожні 20 хвилин, клітини епітелію кишечника кожні 8-10 годин, а клітини кінчиків коріння цибулі діляться кожні 20 годин. А деякі клітини нервової системиніколи не діляться.

Виникнення клітинної теорії

У XVII столітті англійський лікар Роберт Гук (рис. 4), використовуючи саморобний світловий мікроскоп, побачив, що пробки та інші рослинні тканини складаються з маленьких осередків, розділених перегородками. Він їх назвав клітками.

Рис. 4. Роберт Гук

В 1738 німецький ботанік Маттіас Шлейден (рис. 5) дійшов висновку, що рослинні тканини складаються з клітин. Рівно через рік зоолог Теодор Шванн (рис. 5) дійшов такого ж висновку, але щодо тканин тварин.

Рис. 5. Маттіас Шлейден (ліворуч) Теодор Шванн (праворуч)

Він зробив висновок, що тваринні тканини, так само як і рослинні, складаються з клітин і що клітини є основою життя. З клітинних даних вчені сформулювали клітинну теорію.

Рис. 6. Рудольф Вірхов

Через 20 років Рудольф Вірхов (рис. 6) розширив клітинну теорію і дійшов висновку, що клітини можуть з'являтися з інших клітин. Він писав: «Де існує клітина, там має бути і попередня клітина, точно так, як тварини походять тільки від тварини, а рослини – тільки від рослини… Над усіма живими формами, чи то організми тварин чи рослин, чи їх складові, панує вічний закон безперервного розвитку».

Будова хромосом

Як ви знаєте, хромосоми відіграють ключову роль у клітинному розподілі, оскільки передають генетичну інформацію від одного покоління до іншого. Хромосоми складаються із молекули ДНК, пов'язаної з білками гістонами. Також до складу рибосом входить невелика кількість РНК.

У клітинах, що діляться, хромосоми представлені у вигляді довгих тонких ниток, рівномірно розподілених по всьому об'єму ядра.

Окремі хромосоми не помітні, та їх хромосомний матеріал забарвлюється основними барвниками і називається хроматином. Перед поділом клітини хромосоми (мал. 7) товщають і коротшають, що дозволяє їх добре бачити у світловий мікроскоп.

Рис. 7. Хромосоми у профазі 1 мейозу

У диспергированном, тобто розтягнутому стані, хромосоми беруть участь у всіх процесах біосинтезу або регулюють процеси біосинтезу, а під час клітинного поділу ця їхня функція припиняється.

За всіх форм клітинного поділу ДНК кожної хромосоми реплікується, так що утворюються два ідентичні, подвійні полінуклеотидні ланцюги ДНК.

Рис. 8. Будова хромосоми

Ці ланцюги оточуються білковою оболонкою і на початку клітинного поділу мають вигляд ідентичних ниток, що лежать пліч-о-пліч. Кожна нитка носить назву хроматиди і з'єднана з другою ниткою ділянкою, що не фарбується, яка носить назву центроміри (рис. 8).

Домашнє завдання

1. Що таке клітинний цикл? З яких стадій він складається?

2. Що відбувається з клітиною під час інтерфази? Із яких етапів складається інтерфаза?

3. Що таке реплікація? Яким є її біологічне значення? Коли воно відбувається? Які речовини у ній беруть участь?

4. Як зародилася клітинна теорія? Назвіть імена вчених, які брали участь у її становленні.

5. Що таке хромосома? Яка роль хромосом у клітинному поділі?

1. Технічна та гуманітарна література ().

2. Єдина колекція Цифрових Освітніх Ресурсів ().

3. Єдина колекція Цифрових Освітніх Ресурсів ().

4. Єдина колекція Цифрових Освітніх Ресурсів ().

Список літератури

1. Кам'янський А. А., Криксунов Є. А., Пасічник В. В. Загальна біологія 10-11 клас Дрофа, 2005.

2. Біологія. 10 клас. Загальна біологія. Базовий рівень / П. В. Іжевський, О. А. Корнілова, Т. Є. Лощіліна та ін. - 2-ге вид., Перероблене. – Вентана-Граф, 2010. – 224 стор.

3. Бєляєв Д. К. Біологія 10-11 клас. Загальна біологія. Базовий рівень. - 11-те вид., стереотип. – К.: Просвітництво, 2012. – 304 с.

4. Біологія 11 клас. Загальна біологія. Профільний рівень / В. Б. Захаров, С. Г. Мамонтов, Н. І. Сонін та ін. – 5-те вид., стереотип. – Дрофа, 2010. – 388 с.

5. Агафонова І. Б., Захарова Є. Т., Сивоглазов В. І. Біологія 10-11 клас. Загальна біологія. Базовий рівень. - 6-те вид., Дод. – Дрофа, 2010. – 384 с.

Для того, щоб клітина змогла повноцінно розділитися, вона повинна збільшитися в розмірах і створити достатню кількість органоїдів. А щоб не розгубити спадкову інформацію при розподілі навпіл, вона повинна виготовити копії своїх хромосом. І, нарешті, щоб розподілити спадкову інформацію суворо порівну між двома дочірніми клітинами, вона повинна правильно розмістити хромосоми перед їх розподілом по дочірнім клітинам. Всі ці важливі завдання вирішуються у процесі клітинного циклу.

Клітинний цикл має значення, т.к. він демонструє найважливіші: здатність до розмноження, зростання та диференціювання. Обмін теж йде, але його не розглядають щодо клітинного циклу.

Визначення поняття

Клітинний цикл - це період життя клітин від народження до утворення дочірніх клітин.

У тварин клітин клітинний цикл як проміжок часу між двома поділами (мітозами) триває в середньому від 10 до 24 годин.

Клітинний цикл складається з кількох періодів (синонім: фази), які закономірно змінюють одна одну. У сукупності перші фази клітинного циклу (G 1 , G 0 , S і G 2) звуться інтерфази а остання фаза називається .

Рис. 1.Клітинний цикл.

Періоди (фази) клітинного циклу

1. Період першого зростання G1 (від англійського Growth - зростання), становить 30-40% циклу, та період спокою G 0

Синоніми: постмітотичний (настає після мітозу) період, пресинтетичний (проходить перед синтезом ДНК) період.

Клітинний цикл починається від народження клітини внаслідок мітозу. Після поділу дочірні клітини зменшено у розмірах і органоїдів у яких менше, ніж у нормі. Тому " новонароджена " маленька клітина у першому періоді (фазі) клітинного цкла (G 1) росте і збільшується у розмірах, і навіть формує відсутні органоїди. Йде активний синтез білків, необхідні всього цього. В результаті клітина стає повноцінною, можна сказати, "дорослою".

Чим зазвичай закінчується для клітини період росту G1?

Вступом клітини у процес. За рахунок диференціювання клітина набуває спеціальних особливостей для виконання функцій, необхідних усьому органу та організму. Запускається диференціювання керуючими речовинами (гормонами), які впливають відповідні молекулярні рецептори клітини. Клітина, що завершила своє диференціювання, випадає з кругообігу поділів і знаходиться в період спокою G 0 . Потрібна дія активуючих речовин (мітогенів) для того, щоб вона зазнала дедиференціювання і знову повернулася в клітинний цикл.
Загибеллю (смертю) клітини.
Вступом у наступний період клітинного циклу – синтетичний.

2. Синтетичний період S (від англійської Synthesis – синтез), становить 30-50% циклу

Поняття синтезу у назві цього періоду відноситься до синтезу (реплікації) ДНК , а чи не до будь-яким іншим процесам синтезу. Досягши певного розміру в результаті проходження періоду першого зростання, клітина вступає в синтетичний період, або фазу S, в якому відбувається синтез ДНК. рахунок реплікації ДНК клітина подвоює свій генетичний матеріал (хромосоми), т.к. у ядрі утворюється точна копія кожної хромосоми. Кожна хроммосома стає подвійною і весь хромосомний набір стає подвійним, або диплоїдним . В результаті клітина тепер готова поділити спадковий матеріал порівну між двома дочірніми клітинами, не втративши при цьому жодного гена.

3. Період другого зростання G 2 (від англійського Growth – зростання), становить 10-20% циклу

Синоніми: премітотичний (проходить перед мітозом) період, постсинтетичний (настає після синтетичного) період.

Період G 2 є підготовчим до чергового поділу клітини. Під час другого періоду росту G 2 клітина виробляє білки, потрібні для мітозу, зокрема тубулін для веретена поділу; створює запас енергії як АТФ; перевіряє, чи закінчено реплікацію ДНК, і готується до поділу.

4. Період мітотичного поділу M (від англійського Mitosis - мітоз) становить 5-10% циклу

Після поділу клітина виявляється у новій фазі G 1 і клітинний цикл завершується.

Регулювання клітинного циклу

На молекулярному рівні перехід від однієї фази циклу до іншої регулюють два білки - цикліні циклінзалежна кіназа(CDK).

Для регуляції клітинного циклу використовується процес оборотного фосфорилування/дефосфорилування регуляторних білків, тобто. приєднання до них фосфатів із подальшим відщепленням. Ключовою речовиною, що регулює вступ клітини в мітоз (тобто її перехід від фази G 2 до фази M), є специфічна серин/треонін-протеїнкіназаяка носить назву фактор дозрівання- ФС, або MPF, від англійської maturation promoting factor. В активній формі цей білковий фермент каталізує фосфорилювання багатьох білків, що беруть участь у мітозі. Це, наприклад, гістон H 1 , що входить до складу хроматину, ламін (компонент цитоскелета, що знаходиться в ядерній мембрані), фактори транскрипції, білки мітотичного веретена, а також ряд ферментів. Фосфорилювання цих білків фактором дозрівання MPF активує їх та запускає процес мітозу. Після завершення мітозу регуляторна субодиниця ФС, циклін, маркується убіквітіном і піддається розпаду (протеоліз). Тепер настає черга протеїнфосфатаздефосфорилують білки, що брали участь у мітозі, чим переводять їх у неактивний стан. У результаті клітина повертається у стан інтерфази.

ФС (MPF) - це гетеродимерний фермент, що включає регуляторну субодиницю, а саме циклін, і каталітичну субодиницю, а саме циклінзалежну кіназу ЦЗК (CDK від англ. cyclin dependent kinase), вона ж p34cdc2; 34 кДа. Активною формою цього ферменту є лише димер ЦЗК+циклін. Крім того, активність ЦЗК регулюється шляхом оборотного фосфорилювання самого ферменту. Цикліни отримали таку назву тому, що їх концентрація циклічно змінюється відповідно до періодів клітинного циклу, зокрема, вона знижується перед початком поділу клітини.

У клітинах хребетних є ряд різних циклінів і циклінзалежних кіназ. Різноманітні поєднання двох субодиниць ферменту регулюють запуск мітозу, початок процесу транскрипції G1-фазі, перехід критичної точки після завершення транскрипції, початок процесу реплікації ДНК в S-періоді інтерфази (стартовий перехід) та інші ключові переходи клітинного циклу (на схемі не наведені).
В ооцитах жаби вступ до мітозу (G2/M-перехід) регулюється шляхом зміни концентрації цикліну. Циклін безперервно синтезується в інтерфазі до досягнення максимальної концентрації у фазі М, коли запускається весь каскад фосфорилювання білків, що каталізується ФС. До закінчення мітозу циклін швидко руйнується протеїназами, що також активуються ФС. У інших клітинних системах активність ФС регулюється з допомогою різного ступеня фосфорилування самого ферменту.

Матеріал з Вікіпедії – вільної енциклопедії

Клітинний цикл- це період існування клітини від моменту її утворення шляхом поділу материнської клітини до власного поділу чи загибелі.

Тривалість клітинного циклу еукаріотів

Тривалість клітинного циклу в різних клітинах варіюється. Клітини дорослих організмів, що швидко розмножуються, такі як кровотворні або базальні клітини епідермісу і тонкої кишки, можуть входити в клітинний цикл кожні 12-36 год. Короткі клітинні цикли (близько 30 хв) спостерігаються при швидкому дробленні яєць голкошкірих, земноводних та інших тварин. В експериментальних умовах короткий клітинний цикл (близько 20 год) мають багато ліній клітинних культур. У більшості клітин, що активно діляться, тривалість періоду між мітозами становить приблизно 10-24 год.

Фази клітинного циклу еукаріотів

Клітинний цикл еукаріотів складається з двох періодів:

Період клітинного росту, званий «інтерфаза», під час якого йде синтез ДНК та білків та здійснюється підготовка до поділу клітини.
Період клітинного поділу, званий "фаза М" (від слова mitosis - мітоз).

Інтерфаза складається з кількох періодів:

G1-фази (від англ. gap- Проміжок), або фази початкового зростання, під час якої йде синтез мРНК, білків, інших клітинних компонентів;
S-фази (від англ. synthesis- Синтез), під час якої йде реплікація ДНК клітинного ядра, також відбувається подвоєння центріолей (якщо вони, звичайно, є).
G 2 -фази, під час якої йде підготовка до мітозу.

У клітин, що диференціювалися, більше не діляться, в клітинному циклі може бути відсутній G 1 фаза. Такі клітини знаходяться у фазі спокою G0.

Період клітинного поділу (фаза М) включає дві стадії:

каріокінез (розподіл клітинного ядра);
цитокінез (розподіл цитоплазми).

У свою чергу, мітоз ділиться на п'ять стадій.

Опис клітинного поділу базується на даних світлової мікроскопії у поєднанні з мікрокінозйомкою та на результатах світлової та електронної мікроскопії фіксованих та пофарбованих клітин.

Регулювання клітинного циклу

Закономірна послідовність зміни періодів клітинного циклу здійснюється при взаємодії таких білків, як циклін-залежні кінази та цикліни. Клітини , що у G 0 фазі, можуть в клітинний цикл при дії ними чинників зростання . Різні фактори росту, такі як тромбоцитарний, епідермальний, фактор росту нервів, зв'язуючись зі своїми рецепторами, запускають внутрішньоклітинний сигнальний каскад, що призводить до транскрипції генів циклінів і циклін-залежних кіназ. Циклін-залежні кінази стають активними лише за взаємодії з відповідними циклінами. Зміст різних циклінів у клітині змінюється протягом усього клітинного циклу. Циклін є регуляторною компонентою комплексу циклін-циклін-залежна кіназа. Кіназа є каталітичним компонентом цього комплексу. Кінази не активні без циклінів. На різних стадіях клітинного циклу синтезуються різні цикліни. Так, вміст цикліну B в ооцитах жаби досягає максимуму до моменту мітозу, коли запускається весь каскад реакцій фосфорилювання, що каталізуються комплексом циклін-В/циклін-залежна кіназа. До закінчення мітозу циклін швидко руйнується протеїназами.

Контрольні точки клітинного циклу

Для визначення завершення кожної фази клітинного циклу потрібна наявність у ньому контрольних точок. Якщо клітина «проходить» контрольну точку, вона продовжує «рухатися» по клітинному циклу. Якщо ж будь-які обставини, наприклад, пошкодження ДНК, заважають клітині пройти через контрольну точку, яку можна порівняти зі свого роду контрольним пунктом, то клітина зупиняється і іншої фази клітинного циклу не настає, принаймні, доки не будуть усунуті перешкоди, що не дозволяли клітині пройти через контрольний пункт. Існує як мінімум чотири контрольні точки клітинного циклу: точка в G1, де перевіряється інтактність ДНК, перед входженням у S-фазу, звірювальна точка в S-фазі, в якій перевіряється правильність реплікації ДНК, звірювальна точка в G2, в якій перевіряються ушкодження, пропущені при проходженні попередніх точок звіряння, або отримані на наступних стадіях клітинного циклу. У G2-фазі детектується повнота реплікації ДНК і клітини, в яких ДНК недореплікована, не входять до мітозу. У контрольній точці складання веретена поділу перевіряється, чи всі кінетохори прикріплені до мікротрубочок.

Порушення клітинного циклу та утворення пухлин

Порушення нормальної регуляції клітинного циклу причиною появи більшості твердих пухлин. У клітинному циклі, як уже говорилося, проходження контрольних пунктів його можливе лише у разі нормального завершення попередніх етапів та відсутності поломок. Для пухлинних клітин характерні зміни компонентів звірювальних точок клітинного циклу. При інактивації звірювальних точок клітинного циклу спостерігається дисфункція деяких пухлинних супресорів та протоонкогенів, зокрема p53, pRb, Myc та Ras. Білок p53 є одним з факторів транскрипції, який ініціює синтез білка p21, що є інгібітором комплексу CDK-циклін, що призводить до зупинки клітинного циклу G1 і G2 періоді. Таким чином, клітина, у якої пошкоджена ДНК, не вступає в S-фазу. При мутаціях, що призводять до втрати генів білка p53, або при їх змінах, блокади клітинного циклу не відбувається, клітини вступають у мітоз, що призводить до появи мутантних клітин, більшість з яких є нежиттєздатною, інша - дає початок злоякісним клітинам.

Напишіть відгук про статтю "Клітинний цикл"

Література

Кольман Я., Рем До., Вірт Ю., (2000). 'Наочна біохімія',
Ченців Ю. С., (2004). 'Введення в клітинну біологію'. М.: ІКЦ «Академкнига»
Копнін Б. П., 'Механізми дії онкогенів та пухлинних супресорів'

Посилання

Клітинний цикл

Фази





Інші фази

Регулятори

Уривок, що характеризує клітинний цикл

«Мешканці Москви!
Нещастя ваші жорстокі, але його величність імператор і король хоче припинити перебіг цих. Страшні прикладивас навчили, яким чином він карає непослух та злочин. Суворі заходи вжито, щоб припинити безлад і повернути загальну безпеку. Вітчизняна адміністрація, обрана із самих вас, складатиме ваш муніципалітет чи міське правління. Воно буде дбати про вас, про ваші потреби, про вашу користь. Члени його відрізняються червоною стрічкою, яку носитимуть через плече, а градський голова матиме понад той білий пояс. Але, виключаючи час їхньої посади, вони матимуть лише червону стрічку навколо лівої руки.
Міська поліція заснована за колишнім положенням, а через її діяльність вже найкращий існує порядок. Уряд призначив двох генеральних комісарів, чи поліцмейстерів, і двадцять комісарів, чи приватних приставів, поставлених у всіх частинах міста. Ви їх дізнаєтесь по білій стрічці, яку вони носитимуть навколо лівої руки. Деякі церкви різного сповідання відкриті, й у них безперешкодно вирушає божественна служба. Ваші співгромадяни повертаються щодня у свої житла, і дано накази, щоб вони в них знаходили допомогу та заступництво, що наслідують нещастя. Ці є кошти, які уряд використав, щоб повернути порядок і полегшити ваше становище; але, щоб досягти до того, потрібно, щоб ви з ним поєднали ваші старання, щоб забули, якщо можна, ваші нещастя, які зазнали, віддалися надії не такої жорстокої долі, були впевнені, що неминуча і ганебна смерть чекає на тих, котрі сміються на ваші особи і ваші майна, що залишилися, а наостанок і не сумнівалися, що вони будуть збережені, бо така є воля найбільшого і справедливого з усіх монархів. Солдати та мешканці, якою б ви нації не були! Відновіть громадську довіру, джерело щастя держави, живіть, як брати, дайте взаємно одне одному допомогу і заступництво, з'єднайтеся, щоб спростувати наміри лихих, коріться військовим і цивільним начальствам, і невдовзі ваші сльози текти перестануть».
Щодо продовольства війська, Наполеон наказав усім військам по черзі ходити до Москви a la maraude для заготівлі собі провіанту, так, щоб таким чином армія була забезпечена на майбутній час.
Щодо релігійного, Наполеон наказав ramener les popes [привести назад попів] та відновити служіння у церквах.
У торговому відношенні та для продовольства армії було розвішено скрізь таке:
Проголошення
«Ви, спокійні московські жителі, майстрові та робітники люди, яких нещастя видалили з міста, і ви, розпорошені землероби, яких безпідставний страх ще затримує в полях, слухайте! Тиша повертається до цієї столиці, і порядок у ній відновлюється. Ваші земляки виходять сміливо зі своїх сховищ, бачачи, що їх шанують. Будь-яке насильство, вчинене проти їхньої та їхньої власності, негайно карається. Його величність імператор і король їх опікується і між вами нікого не шанує за своїх ворогів, крім тих, які прослуховуються його наказам. Він хоче припинити ваші нещастя і повернути вас вашим дворам та вашим родинам. Відповідайте ж його благодійним намірам і приходьте до нас без жодної небезпеки. Мешканці! Повертайтеся з довірою у ваші оселі: ви скоро знайдете способи задовольнити ваші потреби! Ремісники та працьовиті майстрові! Приходьте назад до ваших рукоділля: доми, лавки, охоронні варти вас чекають, а за вашу роботу отримаєте належну вам плату! І ви, нарешті, селяни, виходите з лісів, де від жаху втекли, повертайтеся без страху у ваші хати, упевнені, що знайдете захист. Лабази засновані у місті, куди селяни можуть привозити зайві свої запаси та земельні рослини. Уряд прийняв такі заходи, щоб забезпечити їм вільний продаж: 1) Вважаючи від цього числа, селяни, землероби і які живуть на околицях Москви можуть без будь-якої небезпеки привозити до міста свої запаси, хоч би якого роду, у двох призначених лабазах, тобто на Мохову і Охотний ряд. 2) Ці продовольства купуватимуться в них за такою ціною, на яку покупець і продавець погодяться між собою; але якщо продавець не отримає необхідну їм справедливу ціну, то вільний буде повезти їх назад у своє село, в чому ніхто йому ні в якому разі перешкоджати не може. 3) Кожної неділі та середи призначені щотижня для великих торгових днів; чому достатня кількість військ буде розставлено по вівторках і суботах на всіх великих дорогах, на такій відстані від міста, щоб захищати ті обози. 4) Такі ж заходи будуть взяті, щоб на шляху селянам зі своїми візками і кіньми не було перешкоди. 5) Негайно кошти будуть використані для відновлення звичайних торгів. Жителі міста та сіл, і ви, працівники та майстрові, якою б ви нації не були! Вас закликають виконувати батьківські наміри його величності імператора та короля та сприяти з ним до спільного благополуччя. Несіть до його стоп пошану і довіру і не зволікайте з'єднатися з нами!
Щодо підняття духу війська і народу, безперервно робилися огляди, лунали нагороди. Імператор роз'їжджав верхи вулицями і втішав жителів; і, незважаючи на всю занепокоєність державними справами, сам відвідав театри, засновані на його наказ.
Щодо благодійності, кращої доблесті вінценосців, Наполеон робив також усе, що від нього залежало. На богоугодних закладах він наказав надписати Maison de ma mere [Будинок моєї матері], поєднуючи цим актом ніжне синівське почуття з величчю чесноти монарха. Він відвідав Виховний дім і, давши поцілувати свої білі руки врятованим їм сиротам, милостиво розмовляв з Тутолміним. Потім, за красномовним викладом Тьєра, він велів роздати платню своїм військам російськими, зробленими ним, фальшивими грошима. Relevant l'emploi de ces moyens par un acte digue de lui et de l'armee Francaise, il fit distribuer des secours aux incendies. Mais les vivres etant trop precieux pour etre donnes a des etrangers la plupart ennemis, Napoleon aima mieux leur fournir de l'argent afin qu'ils se fournissent au dehors, et il leur fit distribuer des roubles papiers. [Підвищуючи вживання цих заходів дією, гідною його і французької армії, він наказав роздати допомогу погорілим. Але, оскільки їстівні запаси були занадто дорогі для того, щоб давати їх людям чужої землі і здебільшого вороже розташованим, Наполеон вважав за краще дати їм грошей, щоб вони добували собі продовольство на стороні; і він наказав одягати їх паперовими рублями.]

Фази G1, S та G2 клітинного циклу разом називаються інтерфазою. Клітка, що ділиться, проводить більшу частину свого часу саме в інтерфазі, оскільки при підготовці до поділу вона росте. Фаза мітозу пов'язана з поділом ядерних з наступним цитокінезом (розподіл цитоплазми на дві окремі клітини). Наприкінці мітотичного циклу утворюються дві різні. Кожна клітка містить ідентичний генетичний матеріал.

Час, необхідне завершення поділу клітини залежить від її типу. Наприклад, клітини в кістковому мозку, клітини шкіри, клітини шлунка та кишечника, діляться швидко та постійно. Інші клітини діляться за потреби, замінюючи пошкоджені або мертві клітини. До таких типів клітин відносяться клітини нирок, печінки та легень. Інші, у тому числі нервові клітини, припиняють поділ після дозрівання.

Періоди та фази клітинного циклу

Схема основних фаз клітинного циклу

Два основні періоди клітинного циклу еукаріотів включають інтерфазу та мітоз:

Інтерфаза

Під час цього періоду клітина подвоює свою і синтезує ДНК. За оцінками, клітина, що ділиться, витрачає близько 90-95% свого часу на інтерфазу, яка складається з наступних 3-х фаз:

Фаза G1:проміжок часу до синтезу ДНК. У цій фазі клітина збільшує свої розміри та кількість, готуючись до поділу. у цій фазі диплоїдні, що означає наявність двох наборів хромосом.
S-фаза:етап циклу, протягом якого синтезується ДНК У більшості клітин є вузьке часове вікно, протягом якого відбувається синтез ДНК. Зміст хромосом у цій фазі подвоюється.
Фаза G2:період після синтезу ДНК, але на початок мітозу. Клітина синтезує додаткові білки та продовжує збільшуватися у розмірах.

Фази мітозу

Під час мітозу та цитокінезу вміст материнської клітини рівномірно розподіляється між двома дочірніми клітинами. Мітоз має п'ять фаз: профаза, прометафаза, метафаза, анафаза та телофаза.

Цитокінез

Цитокінез – процес поділу цитоплазми в еукаріотичних клітинах, які продукують різні дочірні клітини. Цитокінез виникає наприкінці клітинного циклу після мітозу або .

При розподілі клітин тварин цитокінез виникає, коли скорочувальне кільце утворює розщеплену борозну, яка затискає клітинну мембрану навпіл. У будується клітинна платівка, яка ділить клітину на дві частини.

Як тільки клітина завершить всі фази клітинного циклу, вона повертається у фазу G1 і весь цикл знову повторюється. Клітини організму також здатні перебувати у стан спокою, який називається фазою Gap 0 (G0) у будь-який момент свого життєвого циклу. Вони можуть залишатися на цій стадії протягом дуже тривалого періоду часу, поки не надійдуть сигнали проходження через клітинний цикл.

Клітини, які містять генетичні мутації, постійно поміщаються у фазу G0, щоб перешкоджати їх реплікуванню. Коли клітинний цикл йде не так, як треба, порушується нормальне зростання клітин. Можуть розвинутись, які отримують контроль над своїми власними сигналами зростання та продовжують розмножуватися безперешкодно.

Клітинний цикл та мейоз

Не всі клітини діляться через процес мітозу. Організми, які розмножуються статевим шляхом, також піддаються типу клітинного поділу, що називається мейозом. Мейоз виникає і аналогічний процесу мітозу. Однак після повного клітинного циклу в мейозі утворюються чотири дочірні клітини. Кожна клітина містить половину числа хромосом вихідної (батьківської) клітини. Це означає, що статеві клітини є . Коли гаплоїдні чоловічі та жіночі статеві клітини об'єднуються в процесі, що називається, вони утворюють одну, яку називають зиготою.