Ta lekcja pozwala samodzielnie przestudiować temat „Cykl życia komórki”. Porozmawiamy na nim o tym, co odgrywa główną rolę w podziale komórki, co przekazuje informację genetyczną z pokolenia na pokolenie. Poznasz również cały cykl życia komórki, który nazywany jest także sekwencją zdarzeń zachodzących od momentu powstania komórki do jej podziału.
Temat: Rozmnażanie i indywidualny rozwój organizmów
Lekcja: Cykl życia komórki
Zgodnie z teorią komórkową, nowe komórki powstają tylko w wyniku podziału poprzednich komórek macierzystych. , które zawierają cząsteczki DNA, odgrywają ważną rolę w procesach podziału komórek, ponieważ zapewniają przekazywanie informacji genetycznej z pokolenia na pokolenie.
Dlatego bardzo ważne jest, aby komórki potomne otrzymywały taką samą ilość materiału genetycznego i jest to całkiem naturalne, że wcześniej podział komórek następuje podwojenie materiału genetycznego, czyli cząsteczki DNA (ryc. 1).
Co to jest cykl komórkowy? Cykl życia komórki- ciąg zdarzeń zachodzących od momentu powstania danej komórki do jej podziału na komórki potomne. Według innej definicji cykl komórkowy to życie komórki od momentu jej pojawienia się w wyniku podziału komórki macierzystej do własnego podziału lub śmierci.
Podczas cykl komórkowy komórka rośnie i zmienia się w taki sposób, aby z powodzeniem pełnić swoje funkcje w organizmie wielokomórkowym. Ten proces nazywa się różnicowaniem. Następnie komórka z powodzeniem wykonuje swoje funkcje przez określony czas, po czym przechodzi do podziału.
Oczywiste jest, że wszystkie komórki organizmu wielokomórkowego nie mogą dzielić się w nieskończoność, w przeciwnym razie wszystkie istoty, w tym ludzie, byłyby nieśmiertelne.
Ryż. 1. Fragment cząsteczki DNA
Tak się nie dzieje, ponieważ w DNA znajdują się „geny śmierci”, które są aktywowane w określonych warunkach. Syntetyzują pewne białka-enzymy, które niszczą strukturę komórki, jej organelle. W rezultacie komórka kurczy się i umiera.
Ta zaprogramowana śmierć komórki nazywa się apoptozą. Ale w okresie od pojawienia się komórki do apoptozy, komórka przechodzi wiele podziałów.
Cykl komórkowy składa się z 3 głównych etapów:
1. Interfaza - okres intensywnego wzrostu i biosyntezy niektórych substancji.
2. Mitoza lub kariokineza (rozszczepienie jądra).
3. Cytokineza (podział cytoplazmy).
Scharakteryzujmy bardziej szczegółowo etapy cyklu komórkowego. Więc pierwszy to interfaza. Interfaza to najdłuższa faza, okres intensywnej syntezy i wzrostu. Komórka syntetyzuje wiele substancji niezbędnych do jej wzrostu i realizacji wszystkich jej nieodłącznych funkcji. Podczas interfazy zachodzi replikacja DNA.
Mitoza to proces podziału jądrowego, w którym chromatydy oddzielają się od siebie i są redystrybuowane w postaci chromosomów między komórkami potomnymi.
Cytokineza to proces podziału cytoplazmy między dwie komórki potomne. Zazwyczaj pod nazwą mitoza, cytologia łączy etapy 2 i 3, czyli podział komórki (kariokineza) i podział cytoplazmy (cytokineza).
Scharakteryzujmy bardziej szczegółowo interfazę (ryc. 2). Interfaza składa się z 3 okresów: G 1, S i G 2. Pierwszy okres, presyntetyczny (G 1), to faza intensywnego wzrostu komórek.
Ryż. 2. Główne etapy cyklu życiowego komórki.
To tutaj zachodzi synteza niektórych substancji, jest to najdłuższa faza, która następuje po podziale komórki. W tej fazie następuje nagromadzenie substancji i energii niezbędnych do następnego okresu, czyli podwojenia DNA.
Według współczesnych koncepcji, w okresie G 1 syntetyzowane są substancje hamujące lub stymulujące kolejny okres cyklu komórkowego, czyli okres syntezy.
Okres syntezy (S) trwa zwykle od 6 do 10 godzin, w przeciwieństwie do okresu przedsyntetycznego, który może trwać nawet kilka dni i obejmuje duplikację DNA, a także syntezę białek, takich jak białka histonowe, które mogą tworzyć chromosomy. Pod koniec okresu syntezy każdy chromosom składa się z dwóch chromatyd połączonych ze sobą centromerem. W tym okresie centriole podwajają się.
Okres postsyntetyczny (G 2) następuje natychmiast po podwojeniu chromosomów. Trwa od 2 do 5 godzin.
W tym samym okresie gromadzi się energia niezbędna do dalszego procesu podziału komórki, czyli bezpośrednio do mitozy.
W tym okresie następuje podział mitochondriów i chloroplastów oraz syntetyzowane są białka, które następnie tworzą mikrotubule. Mikrotubule, jak wiadomo, tworzą nić wrzeciona, a teraz komórka jest gotowa do mitozy.
Zanim przejdziemy do opisu metod podziału komórek, rozważmy proces duplikacji DNA, który prowadzi do powstania dwóch chromatyd. Proces ten zachodzi w okresie syntezy. Podwojenie cząsteczki DNA nazywane jest replikacją lub reduplikacją (ryc. 3).
Ryż. 3. Proces replikacji (reduplikacji) DNA (syntetyczny okres interfazy). Enzym helikaza (zielony) rozwija podwójną helisę DNA, a polimerazy DNA (niebieski i pomarańczowy) uzupełniają komplementarne nukleotydy.
Podczas replikacji część matczynej cząsteczki DNA jest rozkręcana na dwie nici za pomocą specjalnego enzymu, helikazy. Ponadto osiąga się to poprzez zerwanie wiązań wodorowych między komplementarnymi zasadami azotowymi (A-T i G-C). Ponadto, dla każdego nukleotydu rozproszonych nici DNA, enzym polimeraza DNA dostosowuje swój komplementarny nukleotyd.
W ten sposób powstają dwie dwuniciowe cząsteczki DNA, z których każda zawiera jedną nić cząsteczki macierzystej i jedną nową nić potomną. Te dwie cząsteczki DNA są absolutnie identyczne.
Niemożliwe jest jednoczesne rozwinięcie całej dużej cząsteczki DNA w celu replikacji. Dlatego replikacja rozpoczyna się w oddzielnych odcinkach cząsteczki DNA, powstają krótkie fragmenty, które są następnie wszywane w długą nić za pomocą określonych enzymów.
Czas trwania cyklu komórkowego zależy od rodzaju komórki oraz od czynników zewnętrznych, takich jak temperatura, obecność tlenu, obecność składników odżywczych. Na przykład komórki bakterii dzielą się co 20 minut w sprzyjających warunkach, komórki nabłonka jelitowego co 8-10 godzin, a komórki na końcach korzeni cebuli dzielą się co 20 godzin. I trochę komórek system nerwowy nigdy nie udostępniaj.
Pojawienie się teorii komórkowej
W XVII wieku angielski lekarz Robert Hooke (ryc. 4) za pomocą domowego mikroskopu świetlnego zauważył, że korek i inne tkanki roślinne składają się z małych komórek oddzielonych przegrodami. Nazwał je komórkami.
Ryż. 4. Roberta Hooke'a
W 1738 r. niemiecki botanik Matthias Schleiden (ryc. 5) doszedł do wniosku, że tkanki roślinne składają się z komórek. Dokładnie rok później zoolog Theodor Schwann (ryc. 5) doszedł do tego samego wniosku, ale tylko w odniesieniu do tkanek zwierzęcych.
Ryż. 5. Matthias Schleiden (po lewej) Theodor Schwann (po prawej)
Doszedł do wniosku, że tkanki zwierzęce, podobnie jak tkanki roślinne, składają się z komórek i że komórki są podstawą życia. Na podstawie danych komórkowych naukowcy sformułowali teorię komórkową.
Ryż. 6. Rudolfa Virchowa
Po 20 latach Rudolf Virchow (ryc. 6) rozwinął teorię komórkową i doszedł do wniosku, że komórki mogą powstać z innych komórek. Napisał: „Tam, gdzie istnieje komórka, musi istnieć poprzednia komórka, tak jak zwierzęta pochodzą tylko od zwierzęcia, a rośliny tylko od rośliny… Wszystkie żywe formy, czy to organizmy zwierzęce, czy roślinne, czy też ich części składowe , zdominowane są przez odwieczne prawo ciągłego rozwoju.
Struktura chromosomów
Jak wiesz, chromosomy odgrywają kluczową rolę w podziale komórek, ponieważ przenoszą informacje genetyczne z pokolenia na pokolenie. Chromosomy składają się z cząsteczki DNA związanej z białkami przez histony. Rybosomy zawierają również niewielką ilość RNA.
W dzielących się komórkach chromosomy są prezentowane w postaci długich cienkich nici, równomiernie rozmieszczonych w całej objętości jądra.
Poszczególne chromosomy są nie do odróżnienia, ale ich materiał chromosomowy jest barwiony podstawowymi barwnikami i nazywa się chromatyną. Przed podziałem komórki chromosomy (ryc. 7) pogrubiają się i skracają, co pozwala je wyraźnie zobaczyć w mikroskopie świetlnym.
Ryż. 7. Chromosomy w profazie 1 mejozy
W stanie rozproszonym, czyli rozciągniętym, chromosomy uczestniczą we wszystkich procesach biosyntezy lub regulują procesy biosyntezy, a podczas podziału komórki funkcja ta jest zawieszona.
We wszystkich formach podziału komórki DNA każdego chromosomu jest replikowane w taki sposób, że powstają dwie identyczne, podwójne polinukleotydowe nici DNA.
Ryż. 8. Budowa chromosomu
Łańcuchy te otoczone są płaszczem białkowym i na początku podziału komórki wyglądają jak identyczne nitki leżące obok siebie. Każda nić nazywana jest chromatydą i jest połączona z drugą nicią nieplamiącym obszarem, zwanym centromerem (ryc. 8).
Praca domowa
1. Co to jest cykl komórkowy? Z jakich etapów się składa?
2. Co dzieje się z komórką podczas interfazy? Jakie są etapy interfazy?
3. Co to jest replikacja? Jakie jest jego znaczenie biologiczne? Kiedy to się dzieje? Jakie substancje są w nim zawarte?
4. Jak powstała teoria komórkowa? Wymień naukowców, którzy brali udział w jego powstaniu.
5. Co to jest chromosom? Jaka jest rola chromosomów w podziale komórki?
1. Literatura techniczna i humanitarna ().
2. Pojedynczy zbiór Cyfrowych Zasobów Edukacyjnych ().
3. Pojedynczy zbiór cyfrowych zasobów edukacyjnych ().
4. Pojedynczy zbiór cyfrowych zasobów edukacyjnych ().
Bibliografia
1. Kamensky A. A., Kriksunov E. A., Pasechnik V. V. Biologia ogólna 10-11 klasa Drop, 2005.
2. Biologia. klasa 10. Biologia ogólna. Poziom podstawowy / P. V. Izhevsky, O. A. Kornilova, TE Loshchilina i inni - wyd. 2, poprawione. - Ventana-Graf, 2010. - 224 strony.
3. Belyaev D.K. Biologia klasa 10-11. Biologia ogólna. Podstawowy poziom. - wyd. 11, stereotyp. - M.: Edukacja, 2012. - 304 s.
4. Biologia klasa 11. Biologia ogólna. Poziom profilu / V. B. Zacharow, S. G. Mamontow, N. I. Sonin i inni - wyd. 5, stereotyp. - Drop, 2010. - 388 s.
5. Agafonova I. B., Zakharova E. T., Sivoglazov VI Biologia klasa 10-11. Biologia ogólna. Podstawowy poziom. - wyd. 6, dodaj. - Drop, 2010. - 384 s.
cykl komórkowy
Cykl komórkowy to okres istnienia komórki od momentu jej powstania poprzez podział komórki macierzystej do własnego podziału lub śmierci.Spis treści [pokaż]
Długość cyklu komórki eukariotycznej
Długość cyklu komórkowego różni się w zależności od komórki. Szybko namnażające się komórki organizmów dorosłych, takie jak komórki krwiotwórcze lub podstawne naskórka i jelita cienkiego, mogą wchodzić w cykl komórkowy co 12-36 h. Krótkie cykle komórkowe (ok. 30 minut) obserwuje się podczas gwałtownej fragmentacji jaj szkarłupni, płazów i innych zwierząt. W warunkach eksperymentalnych wiele linii hodowli komórkowych ma krótki cykl komórkowy (około 20 godzin). W najbardziej aktywnie dzielących się komórkach okres między mitozami wynosi około 10-24 godzin.
Fazy cyklu komórkowego eukariota
Cykl komórkowy eukariota składa się z dwóch okresów:
Okres wzrostu komórki, zwany „interfazą”, podczas którego dochodzi do syntezy DNA i białek oraz przygotowania do podziału komórki.
Okres podziału komórki, zwany „fazą M” (od słowa mitoza – mitoza).
Interfaza składa się z kilku okresów:
faza G1 (z angielskiego gap – gap), czyli faza początkowego wzrostu, podczas której dochodzi do syntezy mRNA, białek i innych składników komórkowych;
Faza S (z angielskiego synteza - syntetyczna), podczas której następuje replikacja DNA jądra komórkowego, podwajają się również centriole (jeśli oczywiście istnieją).
Faza G2, podczas której następuje przygotowanie do mitozy.
Zróżnicowane komórki, które już się nie dzielą, mogą nie mieć fazy G1 w cyklu komórkowym. Takie komórki znajdują się w fazie spoczynku G0.
Okres podziału komórki (faza M) obejmuje dwa etapy:
mitoza (podział jądra komórkowego);
cytokineza (podział cytoplazmy).
Z kolei mitoza dzieli się na pięć etapów, in vivo te sześć etapów tworzy dynamiczną sekwencję.
Opis podziału komórek oparty jest na danych z mikroskopii świetlnej w połączeniu z mikrofilmowaniem oraz na wynikach mikroskopii świetlnej i elektronowej utrwalonych i wybarwionych komórek.
Regulacja cyklu komórkowego
Naturalna sekwencja zmieniających się okresów cyklu komórkowego jest realizowana przez interakcję białek, takich jak kinazy cyklinozależne i cykliny. Komórki w fazie G0 mogą wejść w cykl komórkowy pod wpływem czynników wzrostu. Różne czynniki wzrostu, takie jak płytkowe, naskórkowe i nerwowe czynniki wzrostu, wiążąc się z ich receptorami, wyzwalają wewnątrzkomórkową kaskadę sygnalizacyjną, prowadząc ostatecznie do transkrypcji genów dla cyklin i kinaz zależnych od cyklin. Kinazy zależne od cyklin stają się aktywne tylko wtedy, gdy wchodzą w interakcję z odpowiednimi cyklinami. Zawartość różnych cyklin w komórce zmienia się w trakcie całego cyklu komórkowego. Cyklina jest regulatorowym składnikiem kompleksu kinazy zależnej od cykliny i cykliny. Kinaza jest katalitycznym składnikiem tego kompleksu. Kinazy nie są aktywne bez cyklin. Różne cykliny są syntetyzowane na różnych etapach cyklu komórkowego. Tak więc zawartość cykliny B w oocytach żaby osiąga swoje maksimum w czasie mitozy, kiedy uruchamiana jest cała kaskada reakcji fosforylacji katalizowanych przez kompleks cyklina B/kinaza zależna od cykliny. Pod koniec mitozy cyklina jest szybko rozkładana przez proteinazy.
Punkty kontrolne cyklu komórkowego
Aby określić zakończenie każdej fazy cyklu komórkowego, konieczne jest posiadanie w niej punktów kontrolnych. Jeśli komórka „minie” punkt kontrolny, kontynuuje „poruszanie się” przez cykl komórkowy. Jeśli jakieś okoliczności, takie jak uszkodzenie DNA, uniemożliwiają komórce przejście przez punkt kontrolny, który można porównać do pewnego rodzaju punktu kontrolnego, wówczas komórka zatrzymuje się i nie następuje kolejna faza cyklu komórkowego, przynajmniej do czasu usunięcia przeszkód , zapobiegając przejściu klatki przez punkt kontrolny. Istnieją co najmniej cztery punkty kontrolne cyklu komórkowego: punkt kontrolny w G1, w którym sprawdzana jest integralność DNA przed wejściem w fazę S, punkt kontrolny w fazie S, w którym sprawdzana jest replikacja DNA pod kątem poprawności replikacji DNA, punkt kontrolny w G2, w którym sprawdzane są pominięte uszkodzenia podczas przechodzenia przez poprzednie punkty kontrolne lub uzyskiwane na kolejnych etapach cyklu komórkowego. W fazie G2 wykrywana jest kompletność replikacji DNA, a komórki, w których DNA jest niedoreplikowane, nie wchodzą w mitozę. W punkcie kontrolnym montażu wrzeciona sprawdzane jest, czy wszystkie kinetochory są przyczepione do mikrotubul.
Zaburzenia cyklu komórkowego i powstawanie nowotworów
Wzrost syntezy białka p53 prowadzi do indukcji syntezy białka p21, inhibitora cyklu komórkowego
Naruszenie normalnej regulacji cyklu komórkowego jest przyczyną większości guzów litych. W cyklu komórkowym, jak już wspomniano, przejście punktów kontrolnych jest możliwe tylko wtedy, gdy poprzednie etapy przebiegają normalnie i nie ma awarii. Komórki nowotworowe charakteryzują się zmianami składowych punktów kontrolnych cyklu komórkowego. W przypadku inaktywacji punktów kontrolnych cyklu komórkowego obserwuje się dysfunkcję niektórych supresorów nowotworów i protoonkogenów, w szczególności p53, pRb, Myc i Ras. Białko p53 jest jednym z czynników transkrypcyjnych inicjujących syntezę białka p21, które jest inhibitorem kompleksu CDK-cyklina, co prowadzi do zatrzymania cyklu komórkowego w okresach G1 i G2. Zatem komórka, której DNA jest uszkodzone, nie wchodzi w fazę S. Gdy mutacje prowadzą do utraty genów białka p53 lub gdy ulegają one zmianie, blokada cyklu komórkowego nie występuje, komórki wchodzą w mitozę, co prowadzi do pojawienia się zmutowanych komórek, z których większość jest nieżywotna, podczas gdy inne dają początek komórkom złośliwym .
Cykliny to rodzina białek będących aktywatorami kinaz białkowych zależnych od cyklin (CDK – cyclin-dependent kinases) – kluczowych enzymów biorących udział w regulacji cyklu komórkowego eukariotów. Cykliny mają swoją nazwę ze względu na fakt, że ich stężenie wewnątrzkomórkowe zmienia się okresowo, gdy komórki przechodzą przez cykl komórkowy, osiągając maksimum na niektórych jego etapach.
Podjednostka katalityczna cyklinozależnej kinazy białkowej jest częściowo aktywowana w wyniku interakcji z cząsteczką cykliny, która tworzy podjednostkę regulatorową enzymu. Tworzenie tego heterodimeru staje się możliwe po osiągnięciu przez cyklinę stężenia krytycznego. W odpowiedzi na spadek stężenia cykliny enzym ulega inaktywacji. Do pełnej aktywacji cyklinozależnej kinazy białkowej musi zajść specyficzna fosforylacja i defosforylacja pewnych reszt aminokwasowych w łańcuchach polipeptydowych tego kompleksu. Jednym z enzymów przeprowadzających takie reakcje jest kinaza CAK (CAK - CDK activating kinase).
Kinaza cyklinozależna
Kinazy cyklinozależne (CDK) to grupa białek regulowanych przez cyklinę i cząsteczki cyklinopodobne. Większość CDK bierze udział w fazach cyklu komórkowego; regulują również transkrypcję i przetwarzanie mRNA. CDK to kinazy serynowo/treoninowe, które fosforylują odpowiednie reszty białkowe. Znanych jest kilka CDK, z których każda jest aktywowana przez jedną lub więcej cyklin i innych podobnych cząsteczek po osiągnięciu ich stężenia krytycznego, aw większości CDK są homologiczne, różniące się przede wszystkim konfiguracją miejsca wiązania cykliny. W odpowiedzi na spadek wewnątrzkomórkowego stężenia określonej cykliny następuje odwracalna inaktywacja odpowiedniej CDK. Jeśli CDK są aktywowane przez grupę cyklin, to każda z nich, jakby przenosiła do siebie kinazy białkowe, utrzymuje CDK w stanie aktywacji przez długi czas. Takie fale aktywacji CDK występują podczas faz G1 i S cyklu komórkowego.
Lista CDK i ich regulatorów
CDK1; cyklina A, cyklina B
CDK2; cyklina A, cyklina E
CDK4; cyklina D1, cyklina D2, cyklina D3
CDK5; CDK5R1, CDK5R2
CDK6; cyklina D1, cyklina D2, cyklina D3
CDK7; cyklina H
CDK8; cyklina C
CDK9; cyklina T1, cyklina T2a, cyklina T2b, cyklina K
CDK11 (CDC2L2); cyklina l
Amitoza (lub bezpośredni podział komórki) występuje rzadziej w somatycznych komórkach eukariotycznych niż mitoza. Po raz pierwszy został opisany przez niemieckiego biologa R. Remaka w 1841 r., termin ten zaproponował histolog. W. Flemminga później - w 1882 r. W większości przypadków amitozę obserwuje się w komórkach o obniżonej aktywności mitotycznej: są to komórki starzejące się lub zmienione patologicznie, często skazane na śmierć (komórki błon embrionalnych ssaków, komórki nowotworowe itp.). Podczas amitozy stan międzyfazowy jądra jest morfologicznie zachowany, jąderko i błona jądrowa są wyraźnie widoczne. Replikacja DNA jest nieobecna. Spiralizacja chromatyny nie występuje, chromosomy nie są wykrywane. Komórka zachowuje swoją naturalną aktywność funkcjonalną, która prawie całkowicie zanika podczas mitozy. Podczas amitozy dzieli się tylko jądro i bez tworzenia wrzeciona rozszczepienia materiał dziedziczny jest rozprowadzany losowo. Brak cytokinezy prowadzi do powstawania komórek dwujądrzastych, które następnie nie są w stanie wejść w normalny cykl mitotyczny. W przypadku powtarzających się amitoz mogą tworzyć się komórki wielojądrzaste.
Koncepcja ta pojawiała się w niektórych podręcznikach aż do lat 80. Obecnie uważa się, że wszystkie zjawiska przypisywane amitozie są wynikiem błędnej interpretacji niedostatecznie przygotowanych preparatów mikroskopowych lub interpretacji zjawisk towarzyszących niszczeniu komórek lub innych procesów patologicznych, takich jak podziały komórkowe. Jednocześnie niektórych wariantów eukariotycznego rozszczepienia jądra nie można nazwać mitozą ani mejozą. Taki jest na przykład podział makrojąder wielu orzęsków, gdzie bez tworzenia wrzeciona zachodzi segregacja krótkich fragmentów chromosomów.
Cykl życia komórki, Lub cykl komórkowy, to okres czasu, w którym istnieje jako jednostka, czyli okres życia komórki. Trwa od momentu pojawienia się komórki w wyniku podziału matki, aż do końca samego podziału, kiedy to „rozpada się” na dwie córki.
Są chwile, kiedy komórka się nie dzieli. Wtedy jego cykl życiowy to okres od pojawienia się komórki do śmierci. Zwykle komórki wielu tkanek organizmów wielokomórkowych nie dzielą się. Na przykład, komórki nerwowe i erytrocytów.
W cyklu życiowym komórek eukariotycznych zwyczajowo wyróżnia się szereg określonych okresów lub faz. Są charakterystyczne dla wszystkich dzielących się komórek. Fazy są oznaczone jako G 1 , S, G 2 , M. Z fazy G 1 komórka może przejść do fazy G 0, w której nie dzieli się, aw wielu przypadkach różnicuje. W tym samym czasie niektóre komórki mogą powrócić z G 0 do G 1 i przejść przez wszystkie etapy cyklu komórkowego.
Litery w skrótach fazowych to pierwsze litery angielskich słów: gap (gap), synteza (synteza), mitoza (mitoza).
Komórki są oświetlane czerwonym wskaźnikiem fluorescencyjnym w fazie G1. Pozostałe fazy cyklu komórkowego są zielone.
Okres G 1 - presyntetyczny– rozpoczyna się, gdy tylko pojawi się komórka. W tej chwili jest mniejszy od matki, ma mało substancji, ilość organelli jest niewystarczająca. Dlatego w G 1 następuje wzrost komórek, synteza RNA, białek i budowa organelli. Zwykle G 1 jest najdłuższą fazą cyklu życiowego komórki.
S - okres syntetyczny. Jego najważniejszą cechą wyróżniającą jest duplikacja DNA wg replikacja. Każdy chromosom składa się z dwóch chromatyd. W tym okresie chromosomy są nadal despiralizowane. W chromosomach oprócz DNA znajduje się wiele białek histonowych. Dlatego w fazie S histony są syntetyzowane w dużych ilościach.
W okres postsyntetyczny - G 2 Komórka przygotowuje się do podziału, zwykle przez mitozę. Komórka nadal rośnie, synteza ATP aktywnie zachodzi, centriole mogą się podwoić.
Następnie wchodzi komórka faza podziału komórki - M. To tutaj następuje podział jądra komórkowego. mitoza następnie podział cytoplazmy cytokineza. Zakończenie cytokinezy oznacza koniec cyklu życiowego danej komórki i początek dwóch nowych cykli komórkowych.
Faza G0 czasami określany jako okres „spoczynku” komórki. Komórka „wychodzi” z normalnego cyklu. W tym okresie komórka może zacząć się różnicować i nigdy nie powrócić do normalnego cyklu. Faza G0 może również obejmować starzejące się komórki.
Przejście do każdej kolejnej fazy cyklu kontrolowane jest przez specjalne mechanizmy komórkowe, tzw. punkty kontrolne – punkty kontrolne. Aby następna faza mogła się rozpocząć, w komórce wszystko musi być na to gotowe, DNA nie może zawierać rażących błędów itp.
Fazy G 0 , G 1 , S, G 2 razem tworzą interfaza - I.
Biologiczne znaczenie podziału komórki. Nowe komórki powstają w wyniku podziału istniejących. Jeśli organizm jednokomórkowy się podzieli, powstają z niego dwa nowe. Organizm wielokomórkowy również zaczyna swój rozwój najczęściej od pojedynczej komórki. Poprzez powtarzające się podziały powstaje ogromna liczba komórek, które tworzą ciało. Podział komórek zapewnia reprodukcję i rozwój organizmów, a co za tym idzie ciągłość życia na Ziemi.
cykl komórkowy- życie komórki od momentu jej powstania w procesie podziału komórki macierzystej do własnego podziału (w tym tego podziału) lub śmierci.
Podczas tego cyklu każda komórka rośnie i rozwija się w taki sposób, aby z powodzeniem pełnić swoje funkcje w organizmie. Ponadto komórka funkcjonuje przez pewien czas, po czym albo dzieli się, tworząc komórki potomne, albo umiera.
Różne rodzaje organizmów mają różne czasy cyklu komórkowego, np. bakteria trwa około 20 minut buty orzęskowe- od 10 do 20 h. Komórki organizmów wielokomórkowych na wczesne stadia rozwojowe dzielą się często, a następnie cykle komórkowe ulegają znacznemu wydłużeniu. Na przykład bezpośrednio po urodzeniu osoby komórki mózgowe dzielą się ogromną liczbę razy: 80% neuronów mózgowych powstaje w tym okresie. Jednak większość z tych komórek szybko traci zdolność do dzielenia się, a niektóre przeżywają do naturalnej śmierci organizmu nie dzieląc się wcale.
Cykl komórkowy składa się z interfazy i mitozy (ryc. 54).
Interfaza- odstęp cyklu komórkowego między dwoma podziałami. Podczas całej interfazy chromosomy nie są spiralizowane, znajdują się w jądrze komórkowym w postaci chromatyny. Z reguły interfaza składa się z trzech okresów: przedsyntetycznego, syntetycznego i postsyntetycznego.
Okres presyntetyczny (G,) jest najdłuższą częścią interfazy. Może trwać w różnych typach komórek od 2-3 godzin do kilku dni. W tym okresie komórka rośnie, zwiększa się w niej liczba organelli, gromadzi się energia i substancje do późniejszej duplikacji DNA.W okresie Gj każdy chromosom składa się z jednej chromatydy, tj. liczba chromosomów ( P) i chromatydy (Z) mecze. Zestaw chromosomów i chromo-
matid (cząsteczki DNA) diploidalnej komórki w okresie G r cyklu komórkowego można wyrazić na piśmie 2p2s.
W okresie syntetycznym (S) Następuje duplikacja DNA, a także synteza białek niezbędnych do późniejszego tworzenia chromosomów. W w tym samym okresie następuje podwojenie centrioli.
Duplikacja DNA nazywa się replikacja. Podczas replikacji specjalne enzymy oddzielają dwie nici pierwotnej macierzystej cząsteczki DNA, rozrywając wiązania wodorowe między komplementarnymi nukleotydami. Cząsteczki polimerazy DNA, głównego enzymu replikacyjnego, wiążą się z rozdzielonymi łańcuchami. Następnie cząsteczki polimerazy DNA zaczynają poruszać się wzdłuż łańcuchów macierzystych, wykorzystując je jako matryce, i syntetyzują nowe łańcuchy potomne, wybierając dla nich nukleotydy zgodnie z zasadą komplementarności (ryc. 55). Na przykład, jeśli odcinek macierzystego łańcucha DNA ma sekwencję nukleotydową A C G T G A, to odcinek łańcucha potomnego będzie wyglądał TGCAC. W W związku z tym replikacja jest określana jako reakcje syntezy macierzy. W replikacja daje dwie identyczne dwuniciowe cząsteczki DNA W każdy z nich zawiera jeden łańcuch oryginalnej cząsteczki macierzystej i jeden nowo zsyntetyzowany łańcuch potomny.
Pod koniec okresu S każdy chromosom składa się już z dwóch identycznych chromatyd siostrzanych połączonych ze sobą w centromerze. Liczba chromatyd w każdej parze homologicznych chromosomów wynosi cztery. Zatem zestaw chromosomów i chromatyd komórki diploidalnej na końcu okresu S (tj. po replikacji) jest wyrażony przez zapis 2p4s.
Okres postsyntetyczny (G 2) następuje po duplikacji DNA.W tym czasie komórka gromadzi energię i syntetyzuje białka do zbliżającego się podziału (np. białko tubuliny do budowy mikrotubul, które następnie tworzą wrzeciono podziałowe). Przez cały okres C 2 zestaw chromosomów i chromatyd w komórce pozostaje niezmieniony - 2n4c.
Interfaza kończy się i zaczyna dział, w wyniku czego powstają komórki potomne. Podczas mitozy (głównej metody podziału komórek u eukariontów) siostrzane chromatydy każdego chromosomu oddzielają się od siebie i wchodzą do różnych komórek potomnych. W konsekwencji młode komórki potomne wchodzące w nowy cykl komórkowy mają zestaw 2p2s.
Zatem cykl komórkowy obejmuje okres od pojawienia się komórki do jej całkowitego podziału na dwie córki i obejmuje interfazę (okresy Gr, S, C2) i mitozę (patrz ryc. 54). Taka sekwencja okresów cyklu komórkowego jest typowa dla stale dzielących się komórek, na przykład dla komórek listka zarodkowego naskórka, czerwonej szpik kostny, błona śluzowa przewód pokarmowy zwierzęta, komórki tkanki edukacyjnej roślin. Są w stanie dzielić się co 12-36 godzin.
Natomiast większość komórek organizmu wielokomórkowego wkracza na ścieżkę specjalizacji i po przejściu części okresu Gj może przejść do tzw. okres odpoczynku (okres Go). Komórki będące w okresie Gn pełnią w organizmie swoje określone funkcje, przechodzą procesy metaboliczne i energetyczne, ale nie są przygotowane do replikacji. Takie komórki z reguły trwale tracą zdolność do dzielenia się. Przykłady obejmują neurony, komórki soczewki oka i wiele innych.
Jednak niektóre komórki znajdujące się w okresie Gn (na przykład leukocyty, komórki wątroby) mogą go opuścić i kontynuować cykl komórkowy, przechodząc przez wszystkie okresy interfazy i mitozy. Tak więc komórki wątroby mogą ponownie uzyskać zdolność do podziału po kilku miesiącach pozostawania w stanie uśpienia.
Śmierć komórki.Śmierć (śmierć) pojedynczych komórek lub ich grup jest stale spotykana w organizmach wielokomórkowych, podobnie jak śmierć organizmów jednokomórkowych. Śmierć komórki można podzielić na dwie kategorie: martwicę (z gr. Nekros- martwe) i apoptozę, którą często nazywa się programowaną śmiercią komórki lub nawet samobójstwem komórki.
Martwica- śmierć komórek i tkanek w żywym organizmie spowodowana działaniem czynników uszkadzających. Przyczyną martwicy może być ekspozycja na wysokie i niskie temperatury, promieniowanie jonizujące, różne substancje chemiczne (w tym toksyny uwalniane przez patogeny). Śmierć komórek martwiczych obserwuje się również w wyniku ich mechanicznego uszkodzenia, upośledzenia ukrwienia i unerwienia tkanek oraz reakcji alergicznych.
W uszkodzonych komórkach zostaje zaburzona przepuszczalność błon, zatrzymuje się synteza białek, zatrzymują się inne procesy metaboliczne, jądro, organelle, aw końcu cała komórka ulega zniszczeniu. Cechą martwicy jest to, że takiej śmierci ulegają całe grupy komórek (np. w zawale mięśnia sercowego część mięśnia sercowego zawierająca wiele komórek umiera z powodu zaprzestania dopływu tlenu). Zwykle umierające komórki są atakowane przez leukocyty, aw strefie martwicy rozwija się reakcja zapalna.
apoptoza- programowana śmierć komórki, regulowana przez organizm. Podczas rozwoju i funkcjonowania organizmu niektóre jego komórki obumierają bez bezpośredniego uszkodzenia. Proces ten zachodzi na wszystkich etapach życia organizmu, nawet w okresie embrionalnym.
W dorosłym organizmie również stale zachodzi planowana śmierć komórki. Umierają miliony komórek krwi, naskórka, błony śluzowej przewodu pokarmowego itp. Po owulacji część komórek pęcherzykowych jajnika obumiera, po laktacji – komórki gruczołu sutkowego. W ciele dorosłego człowieka każdego dnia w wyniku apoptozy umiera 50-70 miliardów komórek. Podczas apoptozy komórka rozpada się na oddzielne fragmenty otoczone plazmalemmą. Zwykle fragmenty martwych komórek są pobierane przez leukocyty lub komórki sąsiednie bez wywoływania reakcji zapalnej. Uzupełnianie utraconych komórek następuje przez podział.
W ten sposób apoptoza niejako przerywa nieskończoność podziałów komórkowych. Od „narodzin” do apoptozy komórki przechodzą pewną liczbę normalnych cykli komórkowych. Po każdym z nich komórka przechodzi albo do nowego cyklu komórkowego, albo do apoptozy.
1. Co to jest cykl komórkowy?
2. Co nazywa się interfazą? Jakie główne zdarzenia zachodzą w okresach G r , S- i 0 2 interfazy?
3. Jakie komórki charakteryzuje G 0 -nepnofl? Co się dzieje w tym okresie?
4. Jak przebiega replikacja DNA?
5. Czy cząsteczki DNA tworzące homologiczne chromosomy są takie same? Jako część chromatyd siostrzanych? Dlaczego?
6. Co to jest martwica? apoptoza? Jakie są podobieństwa i różnice między martwicą a apoptozą?
7. Jakie znaczenie ma programowana śmierć komórki w życiu organizmów wielokomórkowych?
8. Jak myślisz, dlaczego w zdecydowanej większości organizmów żywych głównym strażnikiem informacji dziedzicznej jest DNA, a RNA pełni tylko funkcje pomocnicze?
- § 1. Zawartość pierwiastków chemicznych w organizmie. Makro- i mikroelementy
- § 2. Związki chemiczne w organizmach żywych. substancje nieorganiczne
- § 10. Historia odnalezienia komórki. Stworzenie teorii komórki
- § 15. Retikulum endoplazmatyczne. kompleks Golgiego. Lizosomy
- § 24. Ogólna charakterystyka metabolizmu i przemian energetycznych
Rozdział 1. Składniki chemiczne organizmów żywych
Rozdział 2. Komórka - jednostka strukturalna i funkcjonalna organizmów żywych
Rozdział 3
Rozdział 4. Strukturalna organizacja i regulacja funkcji w organizmach żywych
Cykl komórkowy to okres istnienia komórki od momentu jej powstania poprzez podział komórki macierzystej do własnego podziału lub śmierci.
czas trwania cyklu komórkowego
Długość cyklu komórkowego różni się w zależności od komórki. Szybko namnażające się komórki organizmów dorosłych, takie jak komórki krwiotwórcze lub podstawne naskórka i jelita cienkiego, mogą wchodzić w cykl komórkowy co 12-36 h. Krótkie cykle komórkowe (ok. 30 minut) obserwuje się podczas gwałtownej fragmentacji jaj szkarłupni, płazów i innych zwierząt. W warunkach eksperymentalnych wiele linii hodowli komórkowych ma krótki cykl komórkowy (około 20 godzin). W najbardziej aktywnie dzielących się komórkach okres między mitozami wynosi około 10-24 godzin.
Fazy cyklu komórkowego
Cykl komórkowy eukariota składa się z dwóch okresów:
Okres wzrostu komórki, zwany „interfazą”, podczas którego dochodzi do syntezy DNA i białek oraz przygotowania do podziału komórki.
Okres podziału komórki, zwany „fazą M” (od słowa mitoza – mitoza).
Interfaza składa się z kilku okresów:
G 1 -faza (z ang. luka- interwał), czyli faza początkowego wzrostu, podczas której dochodzi do syntezy mRNA, białek i innych składników komórkowych;
Fazy S (z ang. synteza- synteza), podczas której następuje replikacja DNA jądra komórkowego, następuje również podwojenie centrioli (o ile oczywiście istnieją).
G 2 - faza, podczas której następuje przygotowanie do mitozy.
Zróżnicowanym komórkom, które już się nie dzielą, może brakować fazy G1 w cyklu komórkowym. Takie komórki znajdują się w fazie spoczynku G 0 .
Okres podziału komórki (faza M) obejmuje dwa etapy:
kariokineza (podział jądra);
cytokineza (podział cytoplazmy).
Z kolei mitoza dzieli się na pięć etapów.
Opis podziału komórek oparty jest na danych z mikroskopii świetlnej w połączeniu z mikrofilmowaniem oraz na wynikach mikroskopii świetlnej i elektronowej utrwalonych i wybarwionych komórek.
Regulacja cyklu komórkowego
Naturalna sekwencja zmieniających się okresów cyklu komórkowego jest realizowana przez interakcję białek, takich jak kinazy cyklinozależne i cykliny. Komórki w fazie G0 mogą wejść w cykl komórkowy, gdy zostaną wystawione na działanie czynników wzrostu. Różne czynniki wzrostu, takie jak płytkowe, naskórkowe i nerwowe czynniki wzrostu, wiążąc się z ich receptorami, uruchamiają wewnątrzkomórkową kaskadę sygnalizacyjną, która ostatecznie prowadzi do transkrypcji genów dla cyklin i kinaz zależnych od cyklin. Kinazy zależne od cyklin stają się aktywne tylko wtedy, gdy wchodzą w interakcję z odpowiednimi cyklinami. Zawartość różnych cyklin w komórce zmienia się w trakcie całego cyklu komórkowego. Cyklina jest regulatorowym składnikiem kompleksu kinazy zależnej od cykliny i cykliny. Kinaza jest katalitycznym składnikiem tego kompleksu. Kinazy nie są aktywne bez cyklin. Różne cykliny są syntetyzowane na różnych etapach cyklu komórkowego. Tak więc zawartość cykliny B w oocytach żaby osiąga swoje maksimum w czasie mitozy, kiedy uruchamiana jest cała kaskada reakcji fosforylacji katalizowanych przez kompleks cyklina B/kinaza zależna od cykliny. Pod koniec mitozy cyklina jest szybko rozkładana przez proteinazy.