Esta lección le permite estudiar de forma independiente el tema "Ciclo de vida celular". En él hablaremos de lo que juega un papel principal en la división celular, lo que transmite la información genética de una generación a otra. También estudiarás todo el ciclo de vida de una célula, que también se denomina secuencia de eventos que tienen lugar desde el momento en que se forma una célula hasta su división.
Tema: Reproducción y desarrollo individual de los organismos.
Lección: Ciclo de vida de una célula
De acuerdo con la teoría celular, las nuevas células surgen solo a través de la división de las células madre anteriores. , que contienen moléculas de ADN, juegan un papel importante en los procesos de división celular, ya que aseguran la transferencia de información genética de una generación a otra.
Por lo tanto, es muy importante que las células hijas reciban la misma cantidad de material genético, y es bastante natural que antes división celular hay una duplicación del material genético, es decir, la molécula de ADN (Fig. 1).
¿Qué es el ciclo celular? ciclo de vida celular- la secuencia de eventos que ocurren desde el momento de la formación de una célula dada hasta su división en células hijas. Según otra definición, el ciclo celular es la vida de una célula desde que aparece como resultado de la división de la célula madre hasta su propia división o muerte.
Durante ciclo celular la célula crece y cambia de tal manera que realiza con éxito sus funciones en un organismo multicelular. Este proceso se llama diferenciación. Luego, la célula realiza con éxito sus funciones durante un cierto período de tiempo, luego de lo cual procede a la división.
Está claro que todas las células de un organismo pluricelular no pueden dividirse indefinidamente, de lo contrario todos los seres, incluidos los humanos, serían inmortales.
Arroz. 1. Un fragmento de una molécula de ADN
Esto no sucede, porque hay "genes de muerte" en el ADN que se activan bajo ciertas condiciones. Sintetizan ciertas proteínas-enzimas que destruyen la estructura de la célula, sus orgánulos. Como resultado, la célula se encoge y muere.
Esta muerte celular programada se llama apoptosis. Pero en el período desde el momento en que la célula aparece hasta la apoptosis, la célula pasa por muchas divisiones.
El ciclo celular consta de 3 etapas principales:
1. Interfase: un período de crecimiento intensivo y biosíntesis de ciertas sustancias.
2. Mitosis o cariocinesis (fisión del núcleo).
3. Citocinesis (división del citoplasma).
Caractericemos las etapas del ciclo celular con más detalle. Así que el primero es la interfase. La interfase es la fase más larga, un período de síntesis y crecimiento intensivos. La célula sintetiza muchas sustancias necesarias para su crecimiento y la realización de todas sus funciones inherentes. Durante la interfase, se produce la replicación del ADN.
La mitosis es el proceso de división nuclear, en el que las cromátidas se separan entre sí y se redistribuyen en forma de cromosomas entre las células hijas.
La citocinesis es el proceso de división del citoplasma entre dos células hijas. Usualmente bajo el nombre de mitosis, la citología combina las etapas 2 y 3, es decir, división celular (cariocinesis) y división del citoplasma (citocinesis).
Caractericemos la interfase con más detalle (Fig. 2). La interfase consta de 3 períodos: G 1, S y G 2. El primer período, presintético (G 1), es la fase de crecimiento celular intensivo.
Arroz. 2. Las principales etapas del ciclo de vida celular.
Aquí es donde tiene lugar la síntesis de ciertas sustancias, esta es la fase más larga que sigue a la división celular. En esta fase hay una acumulación de sustancias y energía necesaria para el siguiente período, es decir, para la duplicación del ADN.
Según los conceptos modernos, en el período G 1 se sintetizan sustancias que inhiben o estimulan el siguiente período del ciclo celular, a saber, el período sintético.
El período sintético (S) suele durar de 6 a 10 horas, en contraste con el período presintético, que puede durar hasta varios días e incluye la duplicación del ADN, así como la síntesis de proteínas, como las histonas, que pueden formar cromosomas Al final del período de síntesis, cada cromosoma consta de dos cromátidas conectadas entre sí por un centrómero. Durante este período, los centríolos se duplican.
El período postsintético (G 2) ocurre inmediatamente después de la duplicación de los cromosomas. Tiene una duración de 2 a 5 horas.
Durante el mismo período, se acumula la energía necesaria para el proceso posterior de división celular, es decir, directamente para la mitosis.
Durante este período se produce la división de las mitocondrias y los cloroplastos, y se sintetizan las proteínas, que posteriormente formarán los microtúbulos. Los microtúbulos, como saben, forman el hilo del huso, y ahora la célula está lista para la mitosis.
Antes de proceder a una descripción de los métodos de división celular, considere el proceso de duplicación del ADN, que conduce a la formación de dos cromátidas. Este proceso tiene lugar en el período sintético. La duplicación de una molécula de ADN se denomina replicación o reduplicación (Fig. 3).
Arroz. 3. El proceso de replicación del ADN (reduplicación) (período sintético de interfase). La enzima helicasa (verde) desenrolla la doble hélice del ADN y las ADN polimerasas (azul y naranja) completan los nucleótidos complementarios.
Durante la replicación, parte de la molécula de ADN materno se desenrosca en dos hebras con la ayuda de una enzima especial, la helicasa. Además, esto se logra rompiendo los enlaces de hidrógeno entre bases nitrogenadas complementarias (A-T y G-C). Además, para cada nucleótido de las cadenas de ADN dispersas, la enzima ADN polimerasa ajusta su nucleótido complementario.
Así, se forman dos moléculas de ADN de doble cadena, cada una de las cuales incluye una cadena de la molécula madre y una nueva cadena hija. Estas dos moléculas de ADN son absolutamente idénticas.
Es imposible desenrollar toda la molécula grande de ADN para la replicación al mismo tiempo. Por lo tanto, la replicación comienza en secciones separadas de la molécula de ADN, se forman fragmentos cortos que luego se cosen en un hilo largo usando ciertas enzimas.
La duración del ciclo celular depende del tipo de célula y de factores externos como la temperatura, la presencia de oxígeno, la presencia de nutrientes. Por ejemplo, las células bacterianas se dividen cada 20 minutos en condiciones favorables, las células epiteliales intestinales cada 8-10 horas y las células en las puntas de las raíces de cebolla se dividen cada 20 horas. y algunas celulas sistema nervioso nunca compartas
El surgimiento de la teoría celular
En el siglo XVII, el médico inglés Robert Hooke (Fig. 4), utilizando un microscopio de luz casero, vio que el corcho y otros tejidos vegetales consisten en pequeñas células separadas por tabiques. Él las llamó células.
Arroz. 4. Robert Hooke
En 1738, el botánico alemán Matthias Schleiden (Fig. 5) llegó a la conclusión de que los tejidos vegetales están formados por células. Exactamente un año después, el zoólogo Theodor Schwann (Fig. 5) llegó a la misma conclusión, pero solo con respecto a los tejidos animales.
Arroz. 5. Matthias Schleiden (izquierda) Theodor Schwann (derecha)
Llegó a la conclusión de que los tejidos animales, al igual que los tejidos vegetales, están formados por células y que las células son la base de la vida. Basados en datos celulares, los científicos formularon una teoría celular.
Arroz. 6. Rodolfo Virchow
Después de 20 años, Rudolf Virchow (Fig. 6) amplió la teoría celular y llegó a la conclusión de que las células pueden surgir de otras células. Escribió: “Donde existe una célula, debe haber una célula anterior, así como los animales provienen solo de un animal, y las plantas solo de una planta ... Todas las formas vivas, ya sean organismos animales o vegetales, o sus partes constituyentes , están dominados por la eterna ley del desarrollo continuo.
La estructura de los cromosomas.
Como sabes, los cromosomas juegan un papel clave en la división celular ya que transportan información genética de una generación a la siguiente. Los cromosomas están formados por una molécula de ADN unida a proteínas por histonas. Los ribosomas también contienen una pequeña cantidad de ARN.
En las células en división, los cromosomas se presentan en forma de hilos largos y delgados, distribuidos uniformemente por todo el volumen del núcleo.
Los cromosomas individuales son indistinguibles, pero su material cromosómico se tiñe con colorantes básicos y se denomina cromatina. Antes de la división celular, los cromosomas (Fig. 7) se espesan y se acortan, lo que les permite verse claramente en un microscopio óptico.
Arroz. 7. Cromosomas en la profase 1 de la meiosis
En un estado disperso, es decir, estirado, los cromosomas participan en todos los procesos de biosíntesis o regulan los procesos de biosíntesis, y durante la división celular esta función se suspende.
En todas las formas de división celular, el ADN de cada cromosoma se replica de manera que se forman dos hebras de ADN de polinucleótidos dobles idénticas.
Arroz. 8. La estructura del cromosoma.
Estas cadenas están rodeadas por una capa de proteína y al comienzo de la división celular parecen hilos idénticos que se encuentran uno al lado del otro. Cada hilo se llama cromátida y está conectado al segundo hilo por un área que no se tiñe, que se llama centrómero (Fig. 8).
Tareas para el hogar
1. ¿Qué es el ciclo celular? ¿En qué etapas consiste?
2. ¿Qué le sucede a la célula durante la interfase? ¿Cuáles son las etapas de la interfase?
3. ¿Qué es la replicación? ¿Cuál es su significado biológico? ¿Cuando sucede? ¿Qué sustancias intervienen en él?
4. ¿Cómo se originó la teoría celular? Nombra a los científicos que participaron en su formación.
5. ¿Qué es un cromosoma? ¿Cuál es el papel de los cromosomas en la división celular?
1. Literatura técnica y humanitaria ().
2. Una colección única de Recursos Educativos Digitales ().
3. Una colección única de Recursos Educativos Digitales ().
4. Una colección única de Recursos Educativos Digitales ().
Bibliografía
1. Kamensky A. A., Kriksunov E. A., Pasechnik V. V. Biología general 10-11 clase Avutarda, 2005.
2. Biología. Grado 10. biología general. Nivel básico / P. V. Izhevsky, O. A. Kornilova, T. E. Loshchilina y otros - 2ª ed., revisada. - Ventana-Graf, 2010. - 224 páginas.
3. Belyaev DK Biología grado 10-11. biología general. Un nivel básico de. - 11ª ed., estereotipo. - M.: Educación, 2012. - 304 p.
4. Biología grado 11. biología general. Nivel de perfil / V. B. Zakharov, S. G. Mamontov, N. I. Sonin y otros - 5.ª ed., estereotipo. - Avutarda, 2010. - 388 p.
5. Agafonova I. B., Zakharova E. T., Sivoglazov V. I. Biología 10-11 clase. biología general. Un nivel básico de. - 6ª ed., añadir. - Avutarda, 2010. - 384 p.
ciclo celular
El ciclo celular es el período de existencia de una célula desde el momento de su formación al dividirse la célula madre hasta su propia división o muerte.
Duración del ciclo celular eucariótico
La duración del ciclo celular varía de una célula a otra. Las células que se multiplican rápidamente de organismos adultos, como las células hematopoyéticas o basales de la epidermis y el intestino delgado, pueden ingresar al ciclo celular cada 12 a 36 horas. Se observan ciclos celulares cortos (alrededor de 30 minutos) durante la rápida fragmentación de los huevos de equinodermos. anfibios y otros animales. En condiciones experimentales, muchas líneas de cultivo celular tienen un ciclo celular corto (alrededor de 20 h). En la mayoría de las células que se dividen activamente, el período entre mitosis es de aproximadamente 10 a 24 horas.
Fases del ciclo celular eucariótico
El ciclo celular eucariótico consta de dos períodos:
El período de crecimiento celular, llamado "interfase", durante el cual se sintetizan el ADN y las proteínas y se realizan los preparativos para la división celular.
El período de división celular, llamado "fase M" (de la palabra mitosis - mitosis).
La interfase consta de varios períodos:
G1-fase (del inglés gap - gap), o la fase de crecimiento inicial, durante la cual se sintetizan ARNm, proteínas y otros componentes celulares;
Fase S (del inglés síntesis - sintético), durante la cual se replica el ADN del núcleo celular, los centriolos también se duplican (si es que existen, por supuesto).
Fase G2, durante la cual hay una preparación para la mitosis.
Las células diferenciadas que ya no se dividen pueden carecer de la fase G1 en el ciclo celular. Estas células se encuentran en la fase de reposo G0.
El período de división celular (fase M) incluye dos etapas:
mitosis (división del núcleo celular);
citocinesis (división del citoplasma).
A su vez, la mitosis se divide en cinco etapas, in vivo estas seis etapas forman una secuencia dinámica.
La descripción de la división celular se basa en los datos de microscopía óptica en combinación con microfilmación y en los resultados de microscopía óptica y electrónica de células fijadas y teñidas.
Regulación del ciclo celular
La secuencia natural de los períodos cambiantes del ciclo celular se lleva a cabo mediante la interacción de proteínas como las ciclinas y las quinasas dependientes de ciclina. Las células en la fase G0 pueden ingresar al ciclo celular cuando se exponen a factores de crecimiento. Varios factores de crecimiento, como los factores de crecimiento plaquetario, epidérmico y nervioso, al unirse a sus receptores, desencadenan una cascada de señalización intracelular que finalmente conduce a la transcripción de genes para ciclinas y quinasas dependientes de ciclina. Las quinasas dependientes de ciclina se activan solo cuando interactúan con las ciclinas correspondientes. El contenido de varias ciclinas en la célula cambia a lo largo de todo el ciclo celular. La ciclina es un componente regulador del complejo de cinasa dependiente de ciclina-ciclina. La quinasa es el componente catalítico de este complejo. Las quinasas no son activas sin ciclinas. Diferentes ciclinas se sintetizan en diferentes etapas del ciclo celular. Por lo tanto, el contenido de ciclina B en los ovocitos de rana alcanza su máximo en el momento de la mitosis, cuando se desencadena toda la cascada de reacciones de fosforilación catalizadas por el complejo ciclina B/quinasa dependiente de ciclina. Al final de la mitosis, las proteinasas degradan rápidamente la ciclina.
Puntos de control del ciclo celular
Para determinar la finalización de cada fase del ciclo celular, es necesario tener puntos de control en el mismo. Si la célula "pasa" el punto de control, continúa "moviéndose" a través del ciclo celular. Si algunas circunstancias, como el daño del ADN, impiden que la célula pase por un punto de control, que puede compararse con una especie de punto de control, entonces la célula se detiene y no ocurre otra fase del ciclo celular, al menos hasta que se eliminen los obstáculos. , impidiendo que la jaula pase por el puesto de control. Hay al menos cuatro puntos de control del ciclo celular: un punto de control en G1 donde se comprueba la integridad del ADN antes de entrar en la fase S, un punto de control en la fase S donde se comprueba si la replicación del ADN es correcta, un punto de control en G2 donde se comprueban los daños omitidos al pasar puntos de control anteriores, u obtenidos en etapas posteriores del ciclo celular. En la fase G2, se detecta la completitud de la replicación del ADN y las células en las que el ADN no está suficientemente replicado no entran en mitosis. En el punto de control del ensamblaje del huso, se verifica si todos los cinetocoros están unidos a los microtúbulos.
Trastornos del ciclo celular y formación de tumores.
Un aumento en la síntesis de la proteína p53 conduce a la inducción de la síntesis de la proteína p21, un inhibidor del ciclo celular
La violación de la regulación normal del ciclo celular es la causa de la mayoría de los tumores sólidos. En el ciclo celular, como ya se mencionó, el paso de los puntos de control solo es posible si las etapas anteriores se completan normalmente y no hay averías. Las células tumorales se caracterizan por cambios en los componentes de los puntos de control del ciclo celular. Cuando se desactivan los puntos de control del ciclo celular, se observa la disfunción de algunos supresores de tumores y protooncogenes, en particular p53, pRb, Myc y Ras. La proteína p53 es uno de los factores de transcripción que inicia la síntesis de la proteína p21, que es un inhibidor del complejo CDK-ciclina, lo que conduce a la detención del ciclo celular en los periodos G1 y G2. Así, una célula cuyo ADN está dañado no entra en la fase S. Cuando las mutaciones conducen a la pérdida de los genes de la proteína p53, o cuando estos cambian, no se produce el bloqueo del ciclo celular, las células entran en mitosis, lo que da lugar a la aparición de células mutantes, la mayoría de las cuales no son viables, mientras que otras dan lugar a células malignas. .
Las ciclinas son una familia de proteínas que son activadores de las proteínas quinasas dependientes de ciclina (CDK) (CDK - quinasas dependientes de ciclina), enzimas clave involucradas en la regulación del ciclo celular eucariota. Las ciclinas obtuvieron su nombre debido al hecho de que su concentración intracelular cambia periódicamente a medida que las células pasan por el ciclo celular, alcanzando un máximo en ciertas etapas del mismo.
La subunidad catalítica de la proteína cinasa dependiente de ciclina se activa parcialmente como resultado de la interacción con la molécula de ciclina, que forma la subunidad reguladora de la enzima. La formación de este heterodímero se vuelve posible después de que la ciclina alcanza una concentración crítica. En respuesta a una disminución en la concentración de ciclina, la enzima se inactiva. Para la activación completa de la proteína quinasa dependiente de ciclina, debe ocurrir la fosforilación y desfosforilación específicas de ciertos residuos de aminoácidos en las cadenas polipeptídicas de este complejo. Una de las enzimas que llevan a cabo tales reacciones es la quinasa CAK (CAK - quinasa activadora de CDK).
Quinasa dependiente de ciclina
Las quinasas dependientes de ciclina (CDK) son un grupo de proteínas reguladas por ciclina y moléculas similares a ciclina. La mayoría de las CDK están involucradas en las fases del ciclo celular; también regulan la transcripción y el procesamiento del ARNm. Las CDK son serina/treonina quinasas que fosforilan los residuos proteicos correspondientes. Se conocen varias CDK, cada una de las cuales es activada por una o más ciclinas y otras moléculas similares después de alcanzar su concentración crítica, y en su mayor parte las CDK son homólogas y difieren principalmente en la configuración del sitio de unión de la ciclina. En respuesta a una disminución en la concentración intracelular de una ciclina en particular, ocurre una inactivación reversible de la CDK correspondiente. Si las CDK son activadas por un grupo de ciclinas, cada una de ellas, como si se transfirieran proteínas quinasas entre sí, mantiene las CDK en un estado activado durante mucho tiempo. Tales ondas de activación de CDK ocurren durante las fases G1 y S del ciclo celular.
Lista de CDK y sus reguladores
CDK1; ciclina A, ciclina B
CDK2; ciclina A, ciclina E
CDK4; ciclina D1, ciclina D2, ciclina D3
CDK5; CDK5R1, CDK5R2
CDK6; ciclina D1, ciclina D2, ciclina D3
CDK7; ciclina H
CDK8; ciclina C
CDK9; ciclina T1, ciclina T2a, ciclina T2b, ciclina K
CDK11 (CDC2L2); ciclina L
La amitosis (o división celular directa) ocurre con menos frecuencia en las células eucariotas somáticas que la mitosis. Fue descrito por primera vez por el biólogo alemán R. Remak en 1841, el término fue propuesto por un histólogo. W. Flemming más tarde, en 1882. En la mayoría de los casos, la amitosis se observa en células con actividad mitótica reducida: se trata de células envejecidas o alteradas patológicamente, a menudo condenadas a la muerte (células de las membranas embrionarias de los mamíferos, células tumorales, etc.). Durante la amitosis, el estado de interfase del núcleo se conserva morfológicamente, el nucléolo y la membrana nuclear son claramente visibles. La replicación del ADN está ausente. No se produce espiralización de la cromatina, no se detectan cromosomas. La célula conserva su actividad funcional inherente, que desaparece casi por completo durante la mitosis. Durante la amitosis, solo se divide el núcleo, y sin que se forme un huso de fisión, por lo tanto, el material hereditario se distribuye aleatoriamente. La ausencia de citocinesis conduce a la formación de células binucleares, que posteriormente son incapaces de entrar en un ciclo mitótico normal. Con amitosis repetidas, se pueden formar células multinucleadas.
Este concepto todavía aparecía en algunos libros de texto hasta la década de 1980. En la actualidad, se cree que todos los fenómenos atribuidos a la amitosis son el resultado de una interpretación incorrecta de preparaciones microscópicas insuficientemente preparadas, o de la interpretación de fenómenos que acompañan a la destrucción celular u otros procesos patológicos como la división celular. Al mismo tiempo, algunas variantes de la fisión nuclear eucariótica no pueden denominarse mitosis o meiosis. Tal, por ejemplo, es la división de los macronúcleos de muchos ciliados, donde, sin la formación de un huso, se produce la segregación de fragmentos cortos de cromosomas.
ciclo de vida celular, o ciclo celular, es el período de tiempo durante el cual existe como una unidad, es decir, el período de vida de la célula. Dura desde el momento en que aparece la célula como resultado de la división de su madre y hasta el final de su propia división, cuando se "descompone" en dos hijas.
Hay momentos en que la célula no se divide. Entonces su ciclo de vida es el período desde la aparición de una célula hasta la muerte. Por lo general, las células de varios tejidos de organismos multicelulares no se dividen. Por ejemplo, células nerviosas y eritrocitos.
Es habitual en el ciclo de vida de las células eucariotas distinguir una serie de períodos o fases específicos. Son característicos de todas las células en división. Las fases se denominan G 1 , S, G 2 , M. De la fase G 1, una célula puede pasar a la fase G 0, permaneciendo en la cual no se divide y en muchos casos se diferencia. Al mismo tiempo, algunas células pueden regresar de G 0 a G 1 y pasar por todas las etapas del ciclo celular.
Las letras en las abreviaturas de fase son las primeras letras de las palabras en inglés: gap (brecha), síntesis (síntesis), mitosis (mitosis).
Las celdas se iluminan con un indicador fluorescente rojo en la fase G1. Las fases restantes del ciclo celular son de color verde.
Período G 1 - presintético– comienza tan pronto como aparece la celda. En este momento es de menor tamaño que la madre, tiene pocas sustancias, el número de organelas no es suficiente. Por lo tanto, en G 1 tiene lugar el crecimiento celular, la síntesis de ARN, proteínas y la construcción de orgánulos. Por lo general, G 1 es la fase más larga del ciclo de vida celular.
S - período sintético. Su característica distintiva más importante es la duplicación del ADN por replicación. Cada cromosoma se compone de dos cromátidas. Durante este período, los cromosomas todavía están desespirizados. En los cromosomas, además del ADN, hay muchas proteínas histonas. Por lo tanto, en la fase S, las histonas se sintetizan en grandes cantidades.
A período postsintético - G 2 La célula se prepara para la división, generalmente por mitosis. La célula continúa creciendo, la síntesis de ATP continúa activamente, los centríolos pueden duplicarse.
A continuación, la célula entra fase de división celular - M. Aquí es donde tiene lugar la división del núcleo celular. mitosis seguida de la división del citoplasma citocinesis. La finalización de la citocinesis marca el final del ciclo de vida de una célula dada y el comienzo de dos nuevos ciclos celulares.
Fase G0 a veces denominado período de "descanso" de la celda. La célula "sale" del ciclo normal. Durante este período, la célula puede comenzar a diferenciarse y nunca volver al ciclo normal. La fase G0 también puede incluir células senescentes.
La transición a cada fase subsiguiente del ciclo está controlada por mecanismos celulares especiales, los llamados puntos de control: puntos de control. Para que comience la siguiente fase, todo debe estar listo para esto en la célula, el ADN no debe contener errores graves, etc.
Las fases G 0 , G 1 , S, G 2 juntas forman interfase - yo.
El significado biológico de la división celular. Surgen nuevas células como resultado de la división de las existentes. Si un organismo unicelular se divide, se forman dos nuevos a partir de él. Un organismo multicelular también comienza su desarrollo con mayor frecuencia con una sola célula. A través de divisiones repetidas, se forma una gran cantidad de células que forman el cuerpo. La división celular asegura la reproducción y el desarrollo de los organismos y, por tanto, la continuidad de la vida en la Tierra.
ciclo celular- la vida de una célula desde el momento de su formación en el proceso de división de la célula madre hasta su propia división (incluida esta división) o muerte.
Durante este ciclo, cada célula crece y se desarrolla de tal manera que pueda realizar con éxito sus funciones en el organismo. Además, la célula funciona durante un cierto tiempo, después del cual se divide, forma células hijas o muere.
Diferentes tipos de organismos tienen diferentes tiempos de ciclo celular: por ejemplo, bacterias dura unos 20 minutos zapatos ciliados- de 10 a 20 horas Células de organismos multicelulares en primeras etapas el desarrollo se divide con frecuencia, y luego los ciclos celulares se alargan significativamente. Por ejemplo, inmediatamente después del nacimiento de una persona, las células cerebrales se dividen una gran cantidad de veces: el 80 % de las neuronas cerebrales se forman durante este período. Sin embargo, la mayoría de estas células pierden rápidamente su capacidad de dividirse y algunas sobreviven hasta la muerte natural del organismo sin dividirse en absoluto.
El ciclo celular consta de interfase y mitosis (Fig. 54).
interfase- Intervalo del ciclo celular entre dos divisiones. Durante toda la interfase, los cromosomas no se espiralizan, sino que se ubican en el núcleo celular en forma de cromatina. Como regla general, la interfase consta de tres períodos: presintético, sintético y postsintético.
Período presintético (G,) es la parte más larga de la interfase. Puede durar en diferentes tipos de células desde 2-3 horas hasta varios días. Durante este período, la célula crece, el número de orgánulos aumenta en ella, la energía y las sustancias se acumulan para la posterior duplicación del ADN. Durante el período Gj, cada cromosoma consta de una cromátida, es decir, el número de cromosomas ( PAGS) y cromatidas (Con) partidos. Un conjunto de cromosomas y cromo-
matid (moléculas de ADN) de una célula diploide en el período G r del ciclo celular se puede expresar escribiendo 2p2s.
En período sintético (S) Se produce la duplicación del ADN, así como la síntesis de las proteínas necesarias para la posterior formación de los cromosomas. A el mismo período hay una duplicación de los centríolos.
La duplicación del ADN se llama replicación. Durante la replicación, enzimas especiales separan las dos hebras de la molécula original de ADN original, rompiendo los enlaces de hidrógeno entre los nucleótidos complementarios. Las moléculas de ADN polimerasa, la principal enzima de replicación, se unen a las cadenas separadas. Luego, las moléculas de ADN polimerasa comienzan a moverse a lo largo de las cadenas madre, usándolas como moldes, y sintetizan nuevas cadenas hijas, seleccionando nucleótidos para ellas de acuerdo con el principio de complementariedad (Fig. 55). Por ejemplo, si una sección de la cadena de ADN original tiene la secuencia de nucleótidos A C G T G A, entonces la sección de la cadena hija se verá como TGCAC. A En relación con esto, la replicación se conoce como reacciones de síntesis de matriz. A la replicación produce dos moléculas de ADN de doble cadena idénticas A cada uno de ellos incluye una cadena de la molécula madre original y una cadena hija recién sintetizada.
Al final del período S, cada cromosoma ya consta de dos cromátidas hermanas idénticas conectadas entre sí en el centrómero. El número de cromátidas en cada par de cromosomas homólogos se convierte en cuatro. Por lo tanto, el conjunto de cromosomas y cromátidas de una célula diploide al final del período S (es decir, después de la replicación) se expresa mediante el registro 2p4s.
Período postsintético (G 2) ocurre después de la duplicación del ADN En este momento, la célula acumula energía y sintetiza proteínas para la próxima división (por ejemplo, la proteína tubulina para construir microtúbulos, que posteriormente forman el huso de división). Durante todo el período C 2, el conjunto de cromosomas y cromátidas en la célula permanece sin cambios: 2n4c.
Interfase termina y comienza división, resultando en la formación de células hijas. Durante la mitosis (el método principal de división celular en eucariotas), las cromátidas hermanas de cada cromosoma se separan y entran en diferentes células hijas. En consecuencia, las células hijas jóvenes que entran en un nuevo ciclo celular tienen un conjunto 2p2s.
Por lo tanto, el ciclo celular cubre el período de tiempo desde la aparición de una célula hasta su división completa en dos hijas e incluye interfase (períodos Gr, S-, C2) y mitosis (ver Fig. 54). Tal secuencia de períodos del ciclo celular es típica para las células que se dividen constantemente, por ejemplo, para las células de la capa germinal de la epidermis de la piel, rojo médula ósea, membrana mucosa tracto gastrointestinal animales, células del tejido educativo de las plantas. Son capaces de dividirse cada 12-36 horas.
En cambio, la mayoría de las células de un organismo multicelular emprenden el camino de la especialización y, tras pasar por parte del período Gj, pueden pasar al llamado periodo de descanso (Go-period). Las células que se encuentran en el período G n realizan sus funciones específicas en el organismo, sufren procesos metabólicos y energéticos, pero no hay preparación para la replicación. Tales células, por regla general, pierden permanentemente la capacidad de dividirse. Los ejemplos incluyen neuronas, células del cristalino del ojo y muchos otros.
Sin embargo, algunas células que se encuentran en el período Gn (por ejemplo, leucocitos, células hepáticas) pueden abandonarlo y continuar el ciclo celular, habiendo pasado por todos los períodos de interfase y mitosis. Por lo tanto, las células hepáticas pueden volver a adquirir la capacidad de dividirse después de varios meses de estar en un período de inactividad.
Muerte celular. La muerte (muerte) de células individuales o sus grupos se encuentra constantemente en organismos multicelulares, así como la muerte de organismos unicelulares. La muerte celular se puede dividir en dos categorías: necrosis (del griego. necros- muerta) y la apoptosis, que a menudo se denomina muerte celular programada o incluso suicidio celular.
Necrosis- la muerte de células y tejidos en un organismo vivo, causada por la acción de factores dañinos. Las causas de la necrosis pueden ser la exposición a altas y bajas temperaturas, radiación ionizante, diversos productos químicos (incluidas las toxinas liberadas por patógenos). También se observa muerte celular necrótica como resultado de su daño mecánico, alteración del suministro de sangre e inervación tisular y reacciones alérgicas.
En las células dañadas, se altera la permeabilidad de la membrana, se detiene la síntesis de proteínas, se detienen otros procesos metabólicos, se destruyen el núcleo, los orgánulos y, finalmente, toda la célula. Una característica de la necrosis es que grupos enteros de células sufren tal muerte (por ejemplo, en un infarto de miocardio, una sección del músculo cardíaco que contiene muchas células muere debido a la interrupción del suministro de oxígeno). Por lo general, las células moribundas son atacadas por leucocitos y se desarrolla una reacción inflamatoria en la zona de necrosis.
apoptosis- muerte celular programada, regulada por el organismo. Durante el desarrollo y funcionamiento del cuerpo, algunas de sus células mueren sin daño directo. Este proceso ocurre en todas las etapas de la vida del organismo, incluso en el período embrionario.
En un organismo adulto, la muerte celular planificada también ocurre constantemente. Mueren millones de células sanguíneas, epidermis de la piel, membrana mucosa del tracto gastrointestinal, etc.. Después de la ovulación, parte de las células foliculares ováricas mueren, después de la lactancia: células de la glándula mamaria. En el cuerpo humano adulto, entre 50 y 70 mil millones de células mueren cada día como resultado de la apoptosis. Durante la apoptosis, la célula se rompe en fragmentos separados rodeados por el plasmalema. Por lo general, los leucocitos o las células vecinas absorben fragmentos de células muertas sin desencadenar una respuesta inflamatoria. La división proporciona la reposición de las células perdidas.
Así, la apoptosis, por así decirlo, interrumpe la infinidad de divisiones celulares. Desde su "nacimiento" hasta la apoptosis, las células pasan por un cierto número de ciclos celulares normales. Después de cada uno de ellos, la célula pasa a un nuevo ciclo celular oa la apoptosis.
1. ¿Qué es el ciclo celular?
2. ¿A qué se llama interfase? ¿Qué eventos principales tienen lugar en los períodos G r , S- y 0 2 -de la interfase?
3. ¿Qué células se caracterizan por G 0 -nepnofl? ¿Qué sucede durante este período?
4. ¿Cómo se lleva a cabo la replicación del ADN?
5. ¿Son iguales las moléculas de ADN que forman los cromosomas homólogos? ¿Como parte de las cromátidas hermanas? ¿Por qué?
6. ¿Qué es la necrosis? ¿Apoptosis? ¿Cuáles son las similitudes y diferencias entre la necrosis y la apoptosis?
7. ¿Cuál es el significado de la muerte celular programada en la vida de los organismos multicelulares?
8. ¿Por qué crees que en la gran mayoría de los organismos vivos el principal guardián de la información hereditaria es el ADN y el ARN solo realiza funciones auxiliares?
- § 1. El contenido de elementos químicos en el cuerpo. Macro y microelementos
- § 2. Compuestos químicos en los organismos vivos. sustancias inorgánicas
- § 10. La historia del descubrimiento de la celda. Creación de la teoría celular.
- § 15. Retículo endoplásmico. Complejo de Golgi. lisosomas
- § 24. Características generales del metabolismo y conversión de energía
Capítulo 1. Componentes químicos de los organismos vivos.
Capítulo 2. Célula - unidad estructural y funcional de los organismos vivos.
Capítulo 3
Capítulo 4. Organización estructural y regulación de funciones en los organismos vivos.
El ciclo celular es el período de existencia de una célula desde el momento de su formación al dividirse la célula madre hasta su propia división o muerte.
duración del ciclo celular
La duración del ciclo celular varía de una célula a otra. Las células que se multiplican rápidamente de organismos adultos, como las células hematopoyéticas o basales de la epidermis y el intestino delgado, pueden ingresar al ciclo celular cada 12 a 36 horas. Se observan ciclos celulares cortos (alrededor de 30 minutos) durante la rápida fragmentación de los huevos de equinodermos. anfibios y otros animales. En condiciones experimentales, muchas líneas de cultivo celular tienen un ciclo celular corto (alrededor de 20 h). En la mayoría de las células que se dividen activamente, el período entre mitosis es de aproximadamente 10 a 24 horas.
Fases del ciclo celular
El ciclo celular eucariótico consta de dos períodos:
El período de crecimiento celular, llamado "interfase", durante el cual se sintetizan el ADN y las proteínas y se realizan los preparativos para la división celular.
El período de división celular, llamado "fase M" (de la palabra mitosis - mitosis).
La interfase consta de varios períodos:
G 1 -fase (del inglés. brecha- intervalo), o la fase de crecimiento inicial, durante la cual se sintetizan ARNm, proteínas y otros componentes celulares;
S-fases (del inglés. síntesis- síntesis), durante el cual se replica el ADN del núcleo celular, también se produce la duplicación de los centriolos (si, por supuesto, existen).
G 2 -fase, durante la cual hay preparación para la mitosis.
Las células diferenciadas que ya no se dividen pueden carecer de la fase G 1 en el ciclo celular. Estas células se encuentran en la fase de reposo G 0 .
El período de división celular (fase M) incluye dos etapas:
cariocinesis (división del núcleo);
citocinesis (división del citoplasma).
A su vez, la mitosis se divide en cinco etapas.
La descripción de la división celular se basa en los datos de microscopía óptica en combinación con microfilmación y en los resultados de microscopía óptica y electrónica de células fijadas y teñidas.
Regulación del ciclo celular
La secuencia natural de los períodos cambiantes del ciclo celular se lleva a cabo mediante la interacción de proteínas como las ciclinas y las quinasas dependientes de ciclina. Las células en la fase G0 pueden ingresar al ciclo celular cuando se exponen a factores de crecimiento. Varios factores de crecimiento, como los factores de crecimiento plaquetario, epidérmico y nervioso, al unirse a sus receptores, desencadenan una cascada de señalización intracelular que finalmente conduce a la transcripción de genes para ciclinas y quinasas dependientes de ciclina. Las quinasas dependientes de ciclina se activan solo cuando interactúan con las ciclinas correspondientes. El contenido de varias ciclinas en la célula cambia a lo largo de todo el ciclo celular. La ciclina es un componente regulador del complejo de cinasa dependiente de ciclina-ciclina. La quinasa es el componente catalítico de este complejo. Las quinasas no son activas sin ciclinas. Diferentes ciclinas se sintetizan en diferentes etapas del ciclo celular. Por lo tanto, el contenido de ciclina B en los ovocitos de rana alcanza su máximo en el momento de la mitosis, cuando se desencadena toda la cascada de reacciones de fosforilación catalizadas por el complejo ciclina B/quinasa dependiente de ciclina. Al final de la mitosis, las proteinasas degradan rápidamente la ciclina.