Биологичен клетъчен цикъл. Клетъчен цикъл. клетъчно делене. Контролни точки на клетъчния цикъл

Този урок ви позволява самостоятелно да изучавате темата "Жизнен цикъл на клетката". На него ще говорим за това какво играе основна роля в клетъчното делене, какво предава генетичната информация от едно поколение на друго. Освен това ще изучавате целия жизнен цикъл на клетката, който също се нарича последователност от събития, протичащи от момента на формирането на клетката до нейното разделяне.

Тема: Размножаване и индивидуално развитие на организмите

Урок: Жизнен цикъл на клетката

Според клетъчната теория новите клетки възникват само чрез деленето на предишни майчини клетки. , които съдържат ДНК молекули, играят важна роля в процесите на клетъчно делене, тъй като осигуряват трансфера на генетична информация от едно поколение на друго.

Затова е много важно дъщерните клетки да получават еднакво количество генетичен материал и е съвсем естествено преди това клетъчно деленеима удвояване на генетичния материал, тоест молекулата на ДНК (фиг. 1).

Какво представлява клетъчният цикъл? Жизнен цикъл на клетката- последователността от събития, настъпващи от момента на образуване на дадена клетка до нейното разделяне на дъщерни клетки. Според друга дефиниция клетъчният цикъл е животът на клетката от момента, в който тя се появява в резултат на деленето на клетката-майка до нейното собствено делене или смърт.

По време на клетъчен цикълклетката расте и се променя по такъв начин, че да изпълнява успешно функциите си в многоклетъчния организъм. Този процес се нарича диференциация. След това клетката успешно изпълнява функциите си за определен период от време, след което преминава към делене.

Ясно е, че всички клетки на един многоклетъчен организъм не могат да се делят безкрайно, в противен случай всички същества, включително хората, биха били безсмъртни.

Ориз. 1. Фрагмент от ДНК молекула

Това не се случва, защото в ДНК има "гени на смъртта", които се активират при определени условия. Те синтезират определени протеини-ензими, които разрушават структурата на клетката, нейните органели. В резултат на това клетката се свива и умира.

Тази програмирана клетъчна смърт се нарича апоптоза. Но в периода от момента, в който клетката се появи до апоптозата, клетката преминава през много деления.

Клетъчният цикъл се състои от 3 основни етапа:

1. Интерфаза - период на интензивен растеж и биосинтеза на определени вещества.

2. Митоза или кариокинеза (разделяне на ядрото).

3. Цитокинеза (разделяне на цитоплазмата).

Нека характеризираме по-подробно етапите на клетъчния цикъл. Така че първият е интерфазен. Интерфазата е най-дългата фаза, период на интензивен синтез и растеж. Клетката синтезира много вещества, необходими за нейния растеж и изпълнението на всичките й присъщи функции. По време на интерфазата се извършва репликация на ДНК.

Митозата е процес на ядрено делене, при който хроматидите се отделят един от друг и се преразпределят под формата на хромозоми между дъщерните клетки.

Цитокинезата е процесът на разделяне на цитоплазмата между две дъщерни клетки. Обикновено под името митоза, цитологията комбинира етапи 2 и 3, т.е. клетъчно делене (кариокинеза) и разделяне на цитоплазмата (цитокинеза).

Нека характеризираме интерфазата по-подробно (фиг. 2). Интерфазата се състои от 3 периода: G 1, S и G 2. Първият период, пресинтетичен (G 1), е фазата на интензивен клетъчен растеж.

Ориз. 2. Основните етапи от жизнения цикъл на клетката.

Това е мястото, където се извършва синтеза на определени вещества, това е най-дългата фаза, която следва клетъчното делене. В тази фаза се натрупват вещества и енергия, необходими за следващия период, тоест за удвояване на ДНК.

Според съвременните концепции в периода G 1 се синтезират вещества, които инхибират или стимулират следващия период от клетъчния цикъл, а именно синтетичния период.

Синтетичният период (S) обикновено продължава от 6 до 10 часа, за разлика от предсинтетичния период, който може да продължи до няколко дни и включва дублиране на ДНК, както и синтеза на протеини, като хистонови протеини, които могат да образуват хромозоми. До края на синтетичния период всяка хромозома се състои от две хроматиди, свързани помежду си чрез центромера. През този период центриолите се удвояват.

Постсинтетичният период (G 2) настъпва веднага след удвояването на хромозомите. Продължителността му е от 2 до 5 часа.

През същия период се натрупва енергията, необходима за по-нататъшния процес на клетъчно делене, тоест директно за митозата.

През този период се извършва разделянето на митохондриите и хлоропластите и се синтезират протеини, които впоследствие ще образуват микротубули. Микротубулите, както знаете, образуват нишката на вретеното и сега клетката е готова за митоза.

Преди да преминете към описание на методите за клетъчно делене, помислете за процеса на дублиране на ДНК, което води до образуването на две хроматиди. Този процес протича в синтетичния период. Дублирането на една ДНК молекула се нарича репликация или редупликация (фиг. 3).

Ориз. 3. Процесът на репликация (редупликация) на ДНК (синтетичен период на интерфаза). Ензимът хеликаза (зелено) развива двойната спирала на ДНК, а ДНК полимеразите (синьо и оранжево) допълват комплементарните нуклеотиди.

По време на репликацията част от молекулата на майчината ДНК се разплита на две вериги с помощта на специален ензим хеликаза. Освен това, това се постига чрез разкъсване на водородните връзки между комплементарни азотни бази (AT и G-C). Освен това, за всеки нуклеотид от диспергираните ДНК вериги, ензимът ДНК полимераза коригира неговия комплементарен нуклеотид.

Така се образуват две двуверижни ДНК молекули, всяка от които включва една верига от родителската молекула и една нова дъщерна верига. Тези две ДНК молекули са абсолютно идентични.

Невъзможно е да развиете цялата голяма ДНК молекула за репликация едновременно. Следователно репликацията започва в отделни участъци на молекулата на ДНК, образуват се къси фрагменти, които след това се зашиват в дълга нишка с помощта на определени ензими.

Продължителността на клетъчния цикъл зависи от вида на клетката и от външни фактори като температура, наличие на кислород, наличие на хранителни вещества. Например бактериалните клетки се делят на всеки 20 минути при благоприятни условия, чревните епителни клетки на всеки 8-10 часа, а клетките на върховете на корените на лука се делят на всеки 20 часа. И някои клетки нервна системаникога не споделяйте.

Появата на клетъчната теория

През 17 век английският лекар Робърт Хук (фиг. 4), използвайки самоделен светлинен микроскоп, вижда, че коркът и другите растителни тъкани се състоят от малки клетки, разделени от прегради. Той ги нарече клетки.

Ориз. 4. Робърт Хук

През 1738 г. немският ботаник Матиас Шлейден (фиг. 5) стига до извода, че растителните тъкани са изградени от клетки. Точно една година по-късно зоологът Теодор Шван (фиг. 5) стига до същото заключение, но само по отношение на животинските тъкани.

Ориз. 5. Матиас Шлейден (вляво) Теодор Шван (вдясно)

Той стигна до извода, че животинските тъкани, подобно на растителните, са изградени от клетки и че клетките са в основата на живота. Въз основа на клетъчни данни учените формулираха клетъчна теория.

Ориз. 6. Рудолф Вирхов

След 20 години Рудолф Вирхов (фиг. 6) разширява клетъчната теория и стига до извода, че клетките могат да възникнат от други клетки. Той пише: „Където съществува клетка, трябва да има предишна клетка, точно както животните произлизат само от животно, а растенията само от растение ... Всички живи форми, независимо дали са животински или растителни организми, или техните съставни части , са доминирани от вечния закон на непрекъснатото развитие.

Структурата на хромозомите

Както знаете, хромозомите играят ключова роля в клетъчното делене, тъй като пренасят генетична информация от едно поколение на следващо. Хромозомите са изградени от ДНК молекула, свързана с протеини чрез хистони. Рибозомите също съдържат малко количество РНК.

В делящите се клетки хромозомите са представени под формата на дълги тънки нишки, равномерно разпределени в целия обем на ядрото.

Индивидуалните хромозоми са неразличими, но техният хромозомен материал е оцветен с основни багрила и се нарича хроматин. Преди клетъчното делене хромозомите (фиг. 7) се удебеляват и скъсяват, което им позволява да се видят ясно в светлинен микроскоп.

Ориз. 7. Хромозоми в профаза 1 на мейозата

В разпръснато, т.е. разтегнато състояние, хромозомите участват във всички процеси на биосинтеза или регулират процесите на биосинтеза, а по време на клетъчното делене тази функция е спряна.

При всички форми на клетъчно делене, ДНК на всяка хромозома се репликира, така че да се образуват две идентични, двойни полинуклеотидни ДНК вериги.

Ориз. 8. Структурата на хромозомата

Тези вериги са заобиколени от протеинова обвивка и в началото на клетъчното делене изглеждат като еднакви нишки, разположени една до друга. Всяка нишка се нарича хроматид и е свързана с втората нишка чрез неоцветяваща област, която се нарича центромер (фиг. 8).

Домашна работа

1. Какво представлява клетъчният цикъл? От какви етапи се състои?

2. Какво се случва с клетката по време на интерфазата? Какви са етапите на интерфазата?

3. Какво е репликация? Какво е неговото биологично значение? Кога се случва? Какви вещества са включени в него?

4. Как възниква клетъчната теория? Назовете учените, участвали в неговото формиране.

5. Какво е хромозома? Каква е ролята на хромозомите в клетъчното делене?

1. Техническа и хуманитарна литература ().

2. Единична колекция от цифрови образователни ресурси ().

3. Единична колекция от цифрови образователни ресурси ().

4. Единична колекция от цифрови образователни ресурси ().

Библиография

1. Каменски А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Обща биология 10-11 клас Дропла, 2005 г.

2. Биология. 10 клас. Обща биология. Основно ниво / П. В. Ижевски, О. А. Корнилова, Т. Е. Лощилина и др. - 2-ро изд., преработено. – Вентана-Граф, 2010. – 224стр.

3. Беляев Д. К. Биология 10-11 клас. Обща биология. Базово ниво на. - 11-то изд., стереотип. - М.: Образование, 2012. - 304 с.

4. Биология 11 клас. Обща биология. Профилно ниво / В. Б. Захаров, С. Г. Мамонтов, Н. И. Сонин и др. - 5 изд., стереотип. - Дропла, 2010. - 388 с.

5. Агафонова И. Б., Захарова Е. Т., Сивоглазов В. И. Биология 10-11 клас. Обща биология. Базово ниво на. - 6-то изд., доп. - Дропла, 2010. - 384 с.

клетъчен цикъл

Клетъчният цикъл е периодът на съществуване на една клетка от момента на образуването й чрез делене на майчината клетка до нейното собствено делене или смърт.Съдържание [покажи]

Продължителност на еукариотния клетъчен цикъл

Продължителността на клетъчния цикъл варира от клетка на клетка. Бързо размножаващите се клетки на възрастни организми, като хематопоетични или базални клетки на епидермиса и тънките черва, могат да влязат в клетъчния цикъл на всеки 12-36 часа.Къси клетъчни цикли (около 30 минути) се наблюдават по време на бързото фрагментиране на яйцата на бодлокожите, земноводни и други животни. При експериментални условия много линии на клетъчни култури имат кратък клетъчен цикъл (около 20 часа). В повечето активно делящи се клетки периодът между митозите е приблизително 10-24 часа.

Фази на еукариотния клетъчен цикъл

Еукариотният клетъчен цикъл се състои от два периода:

Периодът на клетъчен растеж, наречен "интерфаза", по време на който се синтезират ДНК и протеини и се подготвят за клетъчното делене.

Периодът на клетъчно делене, наречен "фаза М" (от думата митоза - митоза).

Интерфазата се състои от няколко периода:

G1-фаза (от английски gap - празнина) или фазата на първоначалния растеж, по време на която се синтезират иРНК, протеини и други клетъчни компоненти;

S-фаза (от английски synthesis - синтетичен), по време на която се репликира ДНК на клетъчното ядро, центриолите също се удвояват (ако ги има, разбира се).

G2-фаза, по време на която има подготовка за митоза.

Диференцираните клетки, които вече не се делят, може да нямат G1 фаза в клетъчния цикъл. Такива клетки са във фаза на покой G0.

Периодът на клетъчно делене (фаза М) включва два етапа:

митоза (разделяне на клетъчното ядро);

цитокинеза (разделяне на цитоплазмата).

От своя страна митозата е разделена на пет етапа, in vivo тези шест етапа образуват динамична последователност.

Описанието на клетъчното делене се основава на данните от светлинна микроскопия в комбинация с микрофилмиране и на резултатите от светлинна и електронна микроскопия на фиксирани и оцветени клетки.

Регулиране на клетъчния цикъл

Естествената последователност на променящите се периоди на клетъчния цикъл се осъществява чрез взаимодействието на протеини като циклин-зависими кинази и циклини. Клетките във фазата G0 могат да влязат в клетъчния цикъл, когато са изложени на растежни фактори. Различни растежни фактори, като тромбоцитни, епидермални и нервни растежни фактори, чрез свързване към техните рецептори задействат вътреклетъчна сигнална каскада, което в крайна сметка води до транскрипция на гени за циклини и циклин-зависими кинази. Циклин-зависимите кинази стават активни само когато взаимодействат със съответните циклини. Съдържанието на различни циклини в клетката се променя през целия клетъчен цикъл. Циклинът е регулаторен компонент на комплекса циклин-циклин-зависима киназа. Киназата е каталитичният компонент на този комплекс. Киназите не са активни без циклини. Различни циклини се синтезират на различни етапи от клетъчния цикъл. По този начин съдържанието на циклин В в ооцитите на жаба достига своя максимум по време на митозата, когато се задейства цялата каскада от реакции на фосфорилиране, катализирана от комплекса циклин В/циклин-зависима киназа. До края на митозата циклинът бързо се разгражда от протеиназите.

Контролни точки на клетъчния цикъл

За да се определи завършването на всяка фаза от клетъчния цикъл, е необходимо в нея да има контролни точки. Ако клетката "премине" контролната точка, тогава тя продължава да се "движи" през клетъчния цикъл. Ако някои обстоятелства, като увреждане на ДНК, попречат на клетката да премине през контролна точка, която може да се сравни с вид контролна точка, тогава клетката спира и не настъпва друга фаза от клетъчния цикъл, поне докато пречките не бъдат премахнати , предотвратявайки преминаването на клетката през КПП. Има най-малко четири контролни точки на клетъчния цикъл: контролна точка в G1, където целостта на ДНК се проверява преди навлизане в S-фаза, контролна точка в S-фаза, където репликацията на ДНК се проверява за правилността на репликацията на ДНК, контролна точка в G2, където се проверяват пропуснатите щети при преминаване на предишни контролни точки или получени в следващите етапи на клетъчния цикъл. Във фазата G2 се открива пълнотата на репликацията на ДНК и клетките, в които ДНК е недостатъчно репликирана, не навлизат в митоза. На контролната точка на монтажа на шпиндела се проверява дали всички кинетохори са прикрепени към микротубулите.

Нарушения на клетъчния цикъл и образуване на тумори

Увеличаването на синтеза на протеина p53 води до индуциране на синтеза на протеина p21, инхибитор на клетъчния цикъл

Нарушаването на нормалната регулация на клетъчния цикъл е причина за повечето солидни тумори. В клетъчния цикъл, както вече беше споменато, преминаването на контролните точки е възможно само ако предишните етапи са завършени нормално и няма повреди. Туморните клетки се характеризират с промени в компонентите на контролните точки на клетъчния цикъл. Когато контролните точки на клетъчния цикъл са инактивирани, се наблюдава дисфункция на някои туморни супресори и протоонкогени, по-специално p53, pRb, Myc и Ras. Протеинът p53 е един от транскрипционните фактори, който инициира синтеза на протеина p21, който е инхибитор на комплекса CDK-циклин, което води до спиране на клетъчния цикъл в G1 и G2 периодите. Така клетка, чиято ДНК е увредена, не навлиза в S фазата. Когато мутациите водят до загуба на гени на протеин p53 или когато се променят, не настъпва блокада на клетъчния цикъл, клетките влизат в митоза, което води до появата на мутантни клетки, повечето от които не са жизнеспособни, докато други пораждат злокачествени клетки .

Циклините са семейство протеини, които са активатори на циклин-зависими протеин кинази (CDK) (CDK - cyclin-dependent kinases) - ключови ензими, участващи в регулацията на еукариотния клетъчен цикъл. Циклините са получили името си поради факта, че тяхната вътреклетъчна концентрация периодично се променя, докато клетките преминават през клетъчния цикъл, достигайки максимум на определени етапи от него.

Каталитичната субединица на циклин-зависимата протеин киназа се активира частично в резултат на взаимодействие с молекулата на циклин, която образува регулаторната субединица на ензима. Образуването на този хетеродимер става възможно, след като циклинът достигне критична концентрация. В отговор на намаляване на концентрацията на циклин, ензимът се инактивира. За пълното активиране на циклин-зависимата протеин киназа трябва да настъпи специфично фосфорилиране и дефосфорилиране на определени аминокиселинни остатъци в полипептидните вериги на този комплекс. Един от ензимите, които осъществяват такива реакции, е CAK киназата (CAK - CDK activating kinase).

Циклин-зависима киназа

Циклин-зависимите кинази (CDKs) са група протеини, регулирани от циклин и циклин-подобни молекули. Повечето CDK участват във фазите на клетъчния цикъл; те също регулират транскрипцията и обработката на иРНК. CDK са серин/треонин кинази, които фосфорилират съответните протеинови остатъци. Известни са няколко CDKs, всяка от които се активира от един или повече циклини и други подобни молекули след достигане на тяхната критична концентрация, и в по-голямата си част CDKs са хомоложни, различаващи се главно в конфигурацията на мястото на свързване на циклин. В отговор на намаляване на вътреклетъчната концентрация на определен циклин настъпва обратимо инактивиране на съответния CDK. Ако CDK се активират от група циклини, всеки от тях, сякаш прехвърля протеин кинази един към друг, поддържа CDK в активирано състояние за дълго време. Такива вълни на активиране на CDK възникват по време на G1 и S фазите на клетъчния цикъл.

Списък на CDK и техните регулатори

CDK1; циклин А, циклин В

CDK2; циклин А, циклин Е

CDK4; циклин D1, циклин D2, циклин D3

CDK5; CDK5R1, CDK5R2

CDK6; циклин D1, циклин D2, циклин D3

CDK7; циклин H

CDK8; циклин С

CDK9; циклин Т1, циклин Т2а, циклин Т2b, циклин К

CDK11 (CDC2L2); циклин Л

Амитозата (или директното клетъчно делене) се среща по-рядко в соматичните еукариотни клетки, отколкото митозата. За първи път е описан от немския биолог Р. Ремак през 1841 г., терминът е предложен от хистолог. У. Флеминг по-късно - през 1882г. В повечето случаи амитозата се наблюдава в клетки с намалена митотична активност: това са стареещи или патологично променени клетки, често обречени на смърт (клетки на ембрионалните мембрани на бозайници, туморни клетки и др.). По време на амитозата интерфазното състояние на ядрото е морфологично запазено, ядрото и ядрената мембрана са ясно видими. Липсва репликация на ДНК. Не се наблюдава спирализиране на хроматина, хромозомите не се откриват. Клетката запазва присъщата си функционална активност, която почти напълно изчезва по време на митозата. По време на амитозата се дели само ядрото и без да се образува вретено на делене, следователно наследственият материал се разпределя произволно. Липсата на цитокинеза води до образуването на двуядрени клетки, които впоследствие не могат да влязат в нормален митотичен цикъл. При повтарящи се амитози могат да се образуват многоядрени клетки.

Тази концепция все още се появява в някои учебници до 80-те години. Понастоящем се смята, че всички явления, приписвани на амитозата, са резултат от неправилна интерпретация на недостатъчно подготвени микроскопски препарати или интерпретация на явления, съпътстващи клетъчното разрушаване или други патологични процеси като клетъчно делене. В същото време някои варианти на еукариотно ядрено делене не могат да се нарекат митоза или мейоза. Такова е, например, разделянето на макронуклеусите на много реснички, където без образуване на вретено се извършва сегрегация на къси фрагменти от хромозоми.

Жизнен цикъл на клетката, или клетъчен цикъл, е периодът от време, през който тя съществува като единица, т.е. периодът от живота на клетката. Продължава от момента на възникване на клетката в резултат на деленето на нейната майка и до края на самото й делене, когато тя се "разпада" на две дъщерни.

Има моменти, когато клетката не се дели. Тогава неговият жизнен цикъл е периодът от появата на клетка до смъртта. Обикновено клетките на редица тъкани на многоклетъчните организми не се делят. Например, нервни клеткии еритроцити.

В жизнения цикъл на еукариотните клетки е обичайно да се разграничават редица специфични периоди или фази. Те са характерни за всички делящи се клетки. Фазите са означени като G1, S, G2, M. От фазата G1 клетката може да премине към фазата G0, оставайки в която не се дели и в много случаи се диференцира. В същото време някои клетки могат да се върнат от G 0 към G 1 и да преминат през всички етапи на клетъчния цикъл.

Буквите във фазовите съкращения са първите букви на английските думи: празнина (пролука), синтез (синтез), митоза (митоза).

Клетките се осветяват с червен флуоресцентен индикатор във фаза G1. Останалите фази на клетъчния цикъл са зелени.

месечен цикъл G 1 - пресинтетичен– започва веднага след появата на клетката. В този момент той е по-малък по размер от майката, има малко вещества, броят на органелите е недостатъчен. Следователно в G 1 се извършва клетъчен растеж, синтез на РНК, протеини и изграждане на органели. Обикновено G 1 е най-дългата фаза от жизнения цикъл на клетката.

S - синтетичен период. Най-важната му отличителна черта е дублирането на ДНК от репликация. Всяка хромозома се състои от две хроматиди. През този период хромозомите все още са деспирализирани. В хромозомите, в допълнение към ДНК, има много хистонови протеини. Следователно в S-фазата хистоните се синтезират в големи количества.

AT постсинтетичен период - G 2Клетката се подготвя за делене, обикновено чрез митоза. Клетката продължава да расте, синтезът на АТФ протича активно, центриолите могат да се удвоят.

След това влиза клетката фаза на клетъчно делене - М. Тук се извършва деленето на клетъчното ядро. митозапоследвано от разделяне на цитоплазмата цитокинеза. Завършването на цитокинезата бележи края на жизнения цикъл на дадена клетка и началото на два нови клетъчни цикъла.

Фаза G0понякога наричан период на "почивка" на клетката. Клетката "напуска" нормалния цикъл. През този период клетката може да започне да се диференцира и никога да не се върне към нормалния цикъл. Фазата G0 може също да включва стареещи клетки.

Преходът към всяка следваща фаза на цикъла се контролира от специални клетъчни механизми, така наречените контролни точки - контролно-пропускателни пунктове. За да започне следващата фаза, всичко трябва да е готово за това в клетката, в ДНК-то да няма груби грешки и т.н.

Фази G 0 , G 1 , S, G 2 се образуват заедно интерфаза - I.

Биологичното значение на клетъчното делене.Новите клетки възникват в резултат на разделянето на съществуващите. Ако едноклетъчен организъм се раздели, тогава от него се образуват два нови. Многоклетъчният организъм също започва своето развитие най-често с една клетка. Чрез многократни деления се образуват огромен брой клетки, които изграждат тялото. Клетъчното делене осигурява размножаването и развитието на организмите, а оттам и непрекъснатостта на живота на Земята.

клетъчен цикъл- животът на клетката от момента на нейното образуване в процеса на делене на майчината клетка до нейното собствено делене (включително това делене) или смърт.

По време на този цикъл всяка клетка расте и се развива по такъв начин, че да изпълнява успешно своите функции в тялото. Освен това клетката функционира известно време, след което или се разделя, образувайки дъщерни клетки, или умира.

Различните видове организми имат различно време на клетъчния цикъл: напр. бактериитрае около 20 минути ресничести обувки- от 10 до 20 ч. Клетките на многоклетъчните организми на ранни стадииразвитие се делят често и след това клетъчните цикли значително се удължават. Например, веднага след раждането на човек, мозъчните клетки се делят огромен брой пъти: 80% от мозъчните неврони се образуват през този период. Повечето от тези клетки обаче бързо губят способността си да се делят, а някои оцеляват до естествената смърт на организма, без изобщо да се делят.

Клетъчният цикъл се състои от интерфаза и митоза (фиг. 54).

Интерфаза- интервал на клетъчния цикъл между две деления. По време на цялата интерфаза хромозомите не са спираловидни, те са разположени в клетъчното ядро под формата на хроматин. По правило интерфазата се състои от три периода: предсинтетичен, синтетичен и постсинтетичен.

Пресинтетичен период (G,)е най-дългата част от интерфазата. Може да продължи в различни видове клетки от 2-3 часа до няколко дни. През този период клетката расте, броят на органелите се увеличава в нея, енергията и веществата се натрупват за последващото дублиране на ДНК.По време на периода Gj всяка хромозома се състои от един хроматид, т.е. броят на хромозомите ( П)и хроматиди (със)мачове. Набор от хромозоми и хромо-

матид (ДНК молекули) на диплоидна клетка в периода G r на клетъчния цикъл може да се изрази чрез писане 2p2s.

В синтетичен период (S)Възниква дублиране на ДНК, както и синтез на протеини, необходими за последващото образуване на хромозоми. ATсъщия период има удвояване на центриолите.

Дублирането на ДНК се нарича репликация.По време на репликацията специални ензими разделят двете вериги на оригиналната родителска ДНК молекула, разкъсвайки водородните връзки между комплементарните нуклеотиди. Молекулите на ДНК полимеразата, основният ензим на репликацията, се свързват с разделените вериги. След това молекулите на ДНК полимеразата започват да се движат по родителските вериги, като ги използват като шаблони и синтезират нови дъщерни вериги, избирайки нуклеотиди за тях според принципа на комплементарност (фиг. 55). Например, ако част от родителската ДНК верига има нуклеотидната последователност A C G T G A, тогава частта от дъщерната верига ще изглежда така TGCAC. ATВъв връзка с това репликацията се означава като реакции на матричен синтез. ATрепликацията произвежда две идентични двуверижни ДНК молекули ATвсяка от тях включва една верига от оригиналната родителска молекула и една новосинтезирана дъщерна верига.

В края на S-периода всяка хромозома вече се състои от две идентични сестрински хроматиди, свързани една с друга в центромера. Броят на хроматидите във всяка двойка хомоложни хромозоми става четири. По този начин наборът от хромозоми и хроматиди на диплоидна клетка в края на S-периода (т.е. след репликация) се изразява от записа 2p4s.

Постсинтетичен период (G 2)настъпва след удвояване на ДНК.По това време клетката натрупва енергия и синтезира протеини за предстоящото делене (например тубулин протеин за изграждане на микротубули, които впоследствие образуват вретеното на делене). През целия период С 2 наборът от хромозоми и хроматиди в клетката остава непроменен - 2n4c.

Интерфазата завършва и започва разделение,което води до образуването на дъщерни клетки. По време на митоза (основният метод на клетъчно делене при еукариотите), сестринските хроматиди на всяка хромозома се отделят една от друга и влизат в различни дъщерни клетки. Следователно младите дъщерни клетки, навлизащи в нов клетъчен цикъл, имат набор 2p2s.

По този начин клетъчният цикъл обхваща периода от времето от появата на клетка до пълното й разделяне на две дъщерни и включва интерфаза (Gr, S-, C2-периоди) и митоза (виж фиг. 54). Такава последователност от периоди на клетъчния цикъл е типична за постоянно делящите се клетки, например за клетките на зародишния слой на епидермиса на кожата, червени костен мозък, лигавица стомашно-чревния трактживотни, клетки от образователната тъкан на растенията. Те са в състояние да се делят на всеки 12-36 часа.

За разлика от тях повечето клетки на многоклетъчния организъм тръгват по пътя на специализация и след като преминат през част от Gj периода, могат да преминат в т.нар. период на почивка (Go-период).Клетките, които са в G n -периода, изпълняват специфичните си функции в организма, в тях протичат метаболитни и енергийни процеси, но няма подготовка за репликация. Такива клетки, като правило, трайно губят способността си да се делят. Примерите включват неврони, клетки на лещата на окото и много други.

Въпреки това, някои клетки, които са в Gn период (например левкоцити, чернодробни клетки), могат да го напуснат и да продължат клетъчния цикъл, след като са преминали през всички периоди на интерфаза и митоза. Така чернодробните клетки могат отново да придобият способността да се делят след няколко месеца престой в латентен период.

Клетъчна смърт.Смъртта (смъртта) на отделни клетки или техните групи постоянно се среща в многоклетъчните организми, както и смъртта на едноклетъчните организми. Клетъчната смърт може да бъде разделена на две категории: некроза (от гръцки. некрос- мъртви) и апоптоза, която често се нарича програмирана клетъчна смърт или дори клетъчно самоубийство.

Некроза- смърт на клетки и тъкани в жив организъм, причинена от действието на увреждащи фактори. Причините за некрозата могат да бъдат излагане на високи и ниски температури, йонизиращо лъчение, различни химикали (включително токсини, отделяни от патогени). Наблюдава се и некротична клетъчна смърт в резултат на тяхното механично увреждане, нарушено кръвоснабдяване и тъканна инервация, алергични реакции.

В увредените клетки пропускливостта на мембраната се нарушава, протеиновият синтез спира, други метаболитни процеси спират, ядрото, органелите и накрая цялата клетка се разрушават. Характеристика на некрозата е, че цели групи клетки претърпяват такава смърт (например при инфаркт на миокарда част от сърдечния мускул, съдържаща много клетки, умира поради спиране на доставката на кислород). Обикновено умиращите клетки се атакуват от левкоцити и в зоната на некроза се развива възпалителна реакция.

апоптоза- програмирана клетъчна смърт, регулирана от организма. По време на развитието и функционирането на тялото някои от клетките му умират без пряко увреждане. Този процес протича на всички етапи от живота на организма, дори в ембрионалния период.

В един възрастен организъм също постоянно се случва планирана клетъчна смърт. Загиват милиони кръвни клетки, кожен епидермис, лигавица на стомашно-чревния тракт и др.. След овулацията умират част от яйчниковите фоликуларни клетки, след лактация - клетките на млечната жлеза. В тялото на възрастен човек 50-70 милиарда клетки умират всеки ден в резултат на апоптоза. По време на апоптозата клетката се разпада на отделни фрагменти, заобиколени от плазмалемата. Обикновено фрагменти от мъртви клетки се поемат от левкоцити или съседни клетки, без да предизвикват възпалителен отговор. Попълването на изгубените клетки се осигурява чрез делене.

Така апоптозата, така да се каже, прекъсва безкрайността на клетъчните деления. От своето „раждане“ до апоптозата клетките преминават през определен брой нормални клетъчни цикли. След всеки от тях клетката преминава или към нов клетъчен цикъл, или към апоптоза.

1. Какво представлява клетъчният цикъл?

2. Какво се нарича интерфаза? Какви основни събития се случват в G r, S- и 0 2 -периодите на интерфазата?

3. Какви клетки се характеризират с G 0 -nepnofl? Какво се случва през този период?

4. Как се осъществява репликацията на ДНК?

5. Еднакви ли са ДНК молекулите, които изграждат хомоложните хромозоми? Като част от сестрински хроматиди? Защо?

6. Какво е некроза? Апоптоза? Какви са приликите и разликите между некроза и апоптоза?

7. Какво е значението на програмираната клетъчна смърт в живота на многоклетъчните организми?

8. Защо смятате, че в по-голямата част от живите организми основният пазител на наследствената информация е ДНК, а РНК изпълнява само спомагателни функции?

Глава 1. Химични компоненти на живите организми

§ 1. Съдържанието на химични елементи в тялото. Макро- и микроелементи
§ 2. Химични съединения в живите организми. неорганични вещества

Глава 2. Клетка - структурна и функционална единица на живите организми

§ 10. Историята на откриването на клетката. Създаване на клетъчната теория
§ 15. Ендоплазмен ретикулум. Комплекс Голджи. Лизозоми

Глава 3

§ 24. Обща характеристика на метаболизма и преобразуването на енергия

Глава 4. Структурна организация и регулация на функциите в живите организми

Клетъчният цикъл е периодът на съществуване на клетката от момента на нейното образуване чрез делене на майчината клетка до нейното собствено делене или смърт.

продължителност на клетъчния цикъл

Фази на клетъчния цикъл

Еукариотният клетъчен цикъл се състои от два периода:

Периодът на клетъчно делене, наречен "фаза М" (от думата митоза - митоза).

Интерфазата се състои от няколко периода:

G 1 -фаза (от англ. празнина- интервал), или фазата на първоначалния растеж, по време на която се синтезират иРНК, протеини и други клетъчни компоненти;

S-фази (от английски. синтез- синтез), по време на който се репликира ДНК на клетъчното ядро, възниква и удвояване на центриолите (ако, разбира се, съществуват).

G 2 -фаза, по време на която има подготовка за митоза.

Диференцираните клетки, които вече не се делят, може да нямат G 1 фаза в клетъчния цикъл. Такива клетки са във фаза на покой G 0 .

Периодът на клетъчно делене (фаза М) включва два етапа:

кариокинеза (разделяне на ядрото);

цитокинеза (разделяне на цитоплазмата).

От своя страна митозата е разделена на пет етапа.

Регулиране на клетъчния цикъл

Естествената последователност на променящите се периоди на клетъчния цикъл се осъществява чрез взаимодействието на протеини като циклин-зависими кинази и циклини. Клетките във фазата G0 могат да влязат в клетъчния цикъл, когато са изложени на растежни фактори. Различни растежни фактори, като тромбоцитни, епидермални и нервни растежни фактори, чрез свързване към техните рецептори задействат вътреклетъчна сигнална каскада, която в крайна сметка води до транскрипция на гени за циклини и циклин-зависими кинази. Циклин-зависимите кинази стават активни само когато взаимодействат със съответните циклини. Съдържанието на различни циклини в клетката се променя през целия клетъчен цикъл. Циклинът е регулаторен компонент на комплекса циклин-циклин-зависима киназа. Киназата е каталитичният компонент на този комплекс. Киназите не са активни без циклини. Различни циклини се синтезират на различни етапи от клетъчния цикъл. По този начин съдържанието на циклин В в ооцитите на жаба достига своя максимум по време на митозата, когато се задейства цялата каскада от реакции на фосфорилиране, катализирана от комплекса циклин В/циклин-зависима киназа. До края на митозата циклинът бързо се разгражда от протеиназите.