Життєвий цикл клітини: фази, періоди. Життєвий цикл вірусу у клітці господаря. Клітинний цикл Який етап клітинного

Клітинний цикл

Клітинний цикл складається з мітозу (М-фаза) та інтерфази. В інтерфазі послідовно розрізняють фази G1, S і G2.

СТАДІЇ КЛІТИННОГО ЦИКЛУ

Інтерфаза

G 1 слід за тілофазою мітозу. У цю фазу клітина синтезує РНК та білки. Тривалість фази – від кількох годин до кількох днів.

G 2 клітини можуть вийти з циклу і перебувають у фазі G 0 . У фазі G 0 клітини починають диференціюватися.

S. У фазу S у клітині продовжується синтез білка, відбувається реплікація ДНК, розділяються центріолі. У більшості клітин фаза S триває 8-12 годин.

G 2 . У фазу G 2 продовжується синтез РНК і білка (наприклад, синтез тубуліна для мікротрубочок мітотичного веретена). Дочірні центріолі досягають розмірів дефінітивних органел. Ця фаза триває 2-4 години.

Мітоз

У ході мітозу діляться ядро ​​(каріокінез) та цитоплазма (цитокінез). Фази мітозу: профаза, прометафаза, метафаза, анафаза, телофаза.

Профаза. Кожна хромосома складається із двох сестринських хроматид, з'єднаних центроміром, зникає ядерце. Центріолі організують мітотичний веретено. Пара центріолей входить до складу мітотичного центру, від якого радіально відходять мікротрубочки. Спочатку мітотичні центри розташовуються поблизу ядерної мембрани, а потім розходяться і утворюється біполярне мітотичне веретено. У цьому процесі беруть участь полюсні мікротрубочки, що взаємодіють між собою в міру подовження.

Центріоль входить до складу центросоми (центросома містить дві центріолі та перицентріольний матрикс) і має форму циліндра діаметром 15-нм та довжиною 500 нм; стінка циліндра складається з 9 триплетів мікротрубочок. У центросомі центріолі розташовані під прямим кутом один до одного. У ході фази S клітинного циклу центріолі дуплікуються. У мітозі пари центріолей, кожна з яких складається з первісної та новоутвореної, розходяться до полюсів клітини та беруть участь в утворенні мітотичного веретена.

Прометафаза. Ядерна оболонка розпадається на дрібні фрагменти. В області центромір з'являються кінетохори, що функціонують як центри організації кінетохорних мікротрубочок. Відходження кінетохор від кожної хромосоми в обидві сторони та їх взаємодія з полюсними мікротрубочками мітотичного веретена – причина переміщення хромосом.

Метафаза. Хромосоми розташовуються у сфері екватора веретена. Утворюється метафазна пластинка, в якій кожна хромосома утримується парою кінетохорів і пов'язаними з ними кінетохорними мікротрубочками, спрямованими до протилежних полюсів мітотичного веретена.

Анафаза- Розбіжність дочірніх хромосом до полюсів мітотичного веретена зі швидкістю 1 мкм/хв.

Телофаза. Хроматиди підходять до полюсів, кінетохірні мікротрубочки зникають, а полюсні продовжують подовжуватися. Утворюється ядерна оболонка, утворюється ядерце.

Цитокінез– поділ цитоплазми на дві частини, що відокремлюються. Процес починається в пізній анафазі або телофазі. Плазмолемма втягується між двома дочірніми ядрами у площині, перпендикулярній довгій осі веретена. Борозна поділу поглиблюється, і між дочірніми клітинами залишається місток - залишкове тільце. Подальше руйнування цієї структури призводить до повного поділу дочірніх клітин.

Регулятори клітинного поділу

Проліферація клітин, що відбувається шляхом мітозу, жорстко регулюється безліччю молекулярних сигналів. Скоординована діяльність цих численних регуляторів клітинного циклу забезпечує як перехід клітин від фази до фази клітинного циклу, і точне виконання подій кожної фази. Головна причина появи проліферативно неконтрольованих клітин - мутації генів, що кодують структуру регуляторів клітинного циклу. Регулятори клітинного циклу та мітозу поділяють на внутрішньоклітинні та міжклітинні. Внутрішньоклітинні молекулярні сигнали численні, серед них насамперед слід назвати власне регулятори клітинного циклу (цикліни, циклін-залежні протеїнкінази, їх активатори та інгібітори) та онкосупресори.

МЕЙОЗ

У ході мейозу утворюються гаплоїдні гамети.

Перший поділ мейозу

Перший поділ мейозу (профаза I, метафаза I, анафаза I та телофаза I) – редукційний.

ПрофазаIпослідовно проходить кілька стадій (лептотен, зиготен, пахітен, диплотен, діакінез).

Лептотена -хроматин конденсується, кожна хромосома складається із двох хроматид, з'єднаних центроміром.

Зіготена– гомологічні парні хромосоми зближуються та вступають у фізичний контакт ( синапсис) у вигляді синаптонемального комплексу, що забезпечує кон'югацію хромосом. На цій стадії дві пари хромосом, що лежать поруч, утворюють бівалент.

Пахітена- Хромосоми потовщуються внаслідок спіралізації. Окремі ділянки хромосом, що кон'югували, перехрещуються один з одним і утворюють хіазми. Тут відбувається кросинговер- обмін ділянками між батьківськими та материнськими гомологічними хромосомами.

Диплотена– поділ хромосом, що кон'югували, у кожній парі внаслідок поздовжнього розщеплення синаптонемального комплексу. Хромосоми розщеплюються по всій довжині комплексу, крім хіазм. У складі бівалента чітко помітні 4 хроматиди. Такий бівалент називають зошитом. У хроматидах виникають ділянки розкручування, де синтезується РНК.

Діакінез.Продовжуються процеси укорочення хромосом та розщеплення хромосомних пар. Хіазми переміщуються до кінців хромосом (терміналізація). Руйнується ядерна мембрана, зникає ядерце. З'являється мітотичний веретено.

МетафазаI. У метафазі І зошити утворюють метафазну платівку. Загалом батьківські та материнські хромосоми розподіляються випадковим чином з тієї чи іншої сторони екватора мітотичного веретена. Подібний характер розподілу хромосом є основою другого закону Менделя, що (поряд із кросинговером) забезпечує генетичні різницю між індивідуумами.

АнафазаIвідрізняється від анафази мітозу тим, що за мітозу до полюсів розходяться сестринські хроматиди. У цю фазу мейозу до полюсів відходять цілісні хромосоми.

ТелофазаIне відрізняється від телофази мітозу. Формуються ядра, що мають 23 кон'юговані (подвоєні) хромосоми, відбувається цитокінез, утворюються дочірні клітини.

Другий поділ мейозу.

Другий поділ мейозу - екваційний - протікає так само, як мітоз (профаза II, метафаза II, анафаза II і телофаза), але значно швидше. Дочірні клітини отримують гаплоїдний набір хромосом (22 аутосоми та одну статеву хромосому).

Період життя клітини від моменту її народження в результаті поділу материнської клітини до наступного поділу або смерті називається життєвим (клітинним) циклом клітини.

Клітинний цикл здатних до розмноження клітин включає дві стадії: - ІНТЕРФАЗ (стадія між поділами, інтеркінез); - ПЕРІОД ДІЛЕННЯ (мітоз). В інтерфазі відбувається підготовка клітини до поділу – синтез різних речовин, але основним є подвоєння ДНК. За тривалістю вона становить більшу частину життєвого циклу. Інтерфаза складається з 3-х періодів: 1) Передсинтетичний - G1 (джи один) - настає відразу після закінчення поділу. Клітина росте, накопичує різні речовини (багаті на енергію), нуклеотиди, амінокислоти, ферменти. Готується до синтезу ДНК. Хромосома містить 1 молекулу ДНК (1 хроматиду). 2) Синтетичний – S відбувається подвоєння матеріалу – реплікація молекул ДНК. Посилено синтезується білки та РНК. Відбувається подвоєння числа центріолей.

3) Постсинтетичний G2 – передмітотичний, продовжується синтез РНК. Хромосоми містять дві свої копії - хроматиди, кожна з яких несе по першій молекулі ДНК (двониткоподібна). Клітина готова до поділу хромосоми спералізується.

Амітоз – прямий поділ

Мітоз – непрямий поділ

Мейоз – редукційний поділ

АМІТОЗ– трапляється рідко, особливо у старіючих клітин або при патологічних станах (репарація тканин), ядро ​​залишається в інтефазному стані, хромосоми не спералізуються. Ядро ділиться шляхом перетяжки. Цитоплазма може не ділиться, тоді утворюються двоядерні клітини.

Мітоз- Універсальний спосіб поділу. У життєвому циклі він становить лише малу частину. Цикл епітемальних клітин кишечника кішки становить 20 – 22 год., Мітоз – 1 год. Мітоз складається із 4-х фаз.

1) ПРОФАЗ - відбувається укорочення і потовщення хромосом (спіралізація) вони добре видно. Хромосоми складаються із 2-х хроматид (подвоєння в періоді інтерфази). Ядро і ядерна оболонка розпадаються, цитоплазма і каріоплазма змішуються. Кліткові центри, що розділилися, розходяться по довгій осі клітини до полюсів. Утворюється веретено поділу (що складається з пружних білкових ниток).

2) МЕТОФАЗ - хромосоми розташовуються в одній площині по екватору, утворюючи метафазну пластинку. Веретено поділу складається з 2-х типів ниток: одні з'єднують клітинні центри, другі - (число їх = числу хромосом 46) прикріплені, одним кінцем до центросоми (клітинного центру), інший до центроміру хромосоми. Центромера теж починає ділитися на 2. Хромосоми (наприкінці) розщеплюються у сфері центроміри.

3)АНАФАЗА - найкоротша фаза мітозу. Нитки веретена поділу починають коротшати і хроматиди кожної хромосоми віддаляються один від одного у напрямку до полюсів. Кожна хромосома складається лише з 1 хроматиди.

4) ТІЛОФАЗА – хромосоми концентруються у відповідних клітинних центрів, деспіралізуються. Формуються ядерця, ядерна оболонка, утворюється мембрана, що відокремлює сестринські клітини одна від одної. Сестринські клітини розходяться.

Біологічне значення мітозу полягає в тому, що в результаті його кожна дочірня клітина отримує такий самий набір хромосом, а отже, і таку саму генетичну інформацію, якими володіла материнська клітина.

7. МЕЙОЗ – ПОДІЛ, ПОСПІВАННЯ ПІДЛОВИХ КЛІТИН

Сутність статевого розмноження полягає у злитті 2-х ядер статевих клітин (гамет) сперматозоїдів (чоловік) та яйцеклітини (дружин). У процесі розвитку статеві клітини зазнають мітотичного поділу, а в період дозрівання – мейотичне. Тому зрілі статеві клітини містять гаплоїдний набір хромосом (п): П+П=2П (зигота). Якби гамети мали 2п (диплоїдн.), Нащадки мали б тетраплоидное (2п+2п)=4п число хромосом і т.д. Число хромосом у батьків і нащадків залишається незмінним. Зменшення числа хромосом удвічі відбувається шляхом мейозу (гаметогенез). Він складається з 2-х поділів, що йдуть один за одним:

Редукційного

Екваційного (зрівняльного)

без інтерфази між ними.

ПРОФАЗ 1 ВІДРІЗНЯЄТЬСЯ ВІД ПРОФАЗ МІТОЗУ.

1.Лептонема (тонкі нитки) у ядрі диплоїдний набір (2п) довгих тонких хромосом 46 шт.

2.Зигонема – гомологічні хромосоми (парні) – 23 пари в людини кон'югують (блискавка) «припасування» гена до гена з'єднуються по всій довжині 2п – 23 шт.

3. Пахінема (товсті нитки) гомолог. хромосоми тісно пов'язані (бівалентні). Кожна хромосома складається із 2-х хроматид, тобто. бівалент - з 4-х хроматид.

4.Диплонема (подвійні нитки) кон'югування хромосоми відштовхуються один від одного. Відбувається перекручування, а іноді обмін частинами, що обломилися, хромосом – перехрест (кросинговер) – це різко збільшує спадкову мінливість, нові комбінації генів.

5.Діакінез (рух в далечінь) - закінчується профаза хромосоми спералізуються, ядерна оболонка, розпадається і настає друга фаза - метафаза першого поділу.

Метафаза 1 – за екватором клітини лежать біваленти (зошити), веретено поділу сформовано (23 пари).

Анафаза 1 - до кожного полюса розходяться не по 1-й хроматиді, а по 2 хромосоми. Зв'язок між гомологічними хромосомами послаблюються. Парні хромосоми відходять одна від одної до різних полюсів. Утворюється гаплоїдний набір.

Телофаза 1 – у полюсів веретена збирається одинарний, гаплоїдний набір хромосом, у яких кожен вид хромосом представлений не парою, а першою хромосомою, що складається з 2-х хроматид, цитоплазма не завжди ділиться.

Мейоз 1-розподіл призводить до утворення клітин, які несуть гаплоїдний набір хромосом, але хромосоми складаються з 2-х хроматид, тобто. мають подвоєну кількість ДНК. Тому клітини вже готові до другого поділу.

Мейоз 2розподіл (еквівалентний). Усі стадії: профаза 2, метафаза 2, анафаза 2 та телофаза 2. Проходить як мітоз, але діляться гаплоїдні клітини.

В результаті поділу материнські двонитчасті хромосоми, розщеплюючись, утворюють однонитчасті дочірні хромосоми. У кожній клітині (4) буде гаплоїдний набір хромосом.

Т.О. в результаті 2-х метотичних поділів відбувається:

Збільшується спадкова мінливість завдяки різним комбінаціям хромосом у дочірніх наборах

Число можливих комбінацій пар хромосом = 2 у ступені n (число хромосом у гаплоїдному наборі 23 – людина).

Основні призначення мейозу полягає у створенні клітин з гаплоїдним набором хромосом – здійснюється завдяки утворенню на початку 1 мейотичного поділу пар гомологічних хромосом і подальшому розбіжності гомологів у різні дочірні клітини. Освіта чоловічих статевих клітин – це сперматогенез, жіночих – овогенез.

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

Тема: Розмноження та індивідуальний розвиток організмів

Урок: Життєвий цикл клітини

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

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

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

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

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

Рис. 1. Фрагмент молекули ДНК

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

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

Клітинний цикл складається з 3-х основних стадій:

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

2. Мітоз, або каріокінез (розподіл ядра).

3. Цитокінез (розподіл цитоплазми).

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

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

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

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

Рис. 2. Основні стадії життєвого циклу клітини.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Виникнення клітинної теорії

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

Рис. 4. Роберт Гук

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

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

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

Рис. 6. Рудольф Вірхов

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

Будова хромосом

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

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

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

Рис. 7. Хромосоми у профазі 1 мейозу

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

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

Рис. 8. Будова хромосоми

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

Домашнє завдання

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

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

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

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

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

1. Технічна та гуманітарна література ().

2. Єдина колекція Цифрових Освітніх Ресурсів ().

3. Єдина колекція Цифрових Освітніх Ресурсів ().

4. Єдина колекція Цифрових Освітніх Ресурсів ().

Список літератури

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

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

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

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

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

Життєвий цикл клітини включає початок її утворення та кінець існування як самостійна одиниця. Почнемо з того, що клітина утворюється в ході поділу її материнської клітини, а закінчує своє існування через наступний поділ або загибель.

Життєвий цикл клітини складається з інтерфази та мітозу. Саме в цьому період, що розглядається, рівнозначний клітинному.

Життєвий цикл клітини: інтерфаза

Це період між двома мітотичними клітинними поділками. Відтворення хромосом протікає подібно до редуплікації (напівконсервативної реплікації) молекул ДНК. В інтерфазі ядро ​​клітини оточене особливою двомембранною оболонкою, а хромосоми розкручені, і при звичайному світловому мікроскопуванні непомітні.

При фарбуванні та фіксації клітин відбувається скупчення сильно забарвленої речовини – хроматину. Варто зазначити, що цитоплазма містить усі необхідні органоїди. Це забезпечує повноцінне існування клітини.

У життєвому циклі клітини інтерфазу супроводжується трьома періодами. Розглянемо кожен із них докладніше.

Періоди життєвого циклу клітини (інтерфази)

Перший з них називається пересинтетичним. Результат попереднього мітозу - зростання числа клітин. Тут протікає транскрипція нових молекул РНК (інформаційної), і навіть систематизуються молекули інших РНК, в ядрі і цитоплазмі синтезуються білки. Деякі речовини цитоплазми поступово розщеплюються з формуванням АТФ, її молекули мають макроергічні зв'язки, вони переносять енергію туди, де її недостатньо. При цьому клітина збільшується, за розмірами вона досягає материнської. Цей період триває довго у спеціалізованих клітин, на його протязі вони здійснюють свої спеціальні функції.

Другий період відомий як синтетичний(Синтез ДНК). Його блокада може призвести до зупинки всього циклу. Тут протікає реплікація молекул ДНК, і навіть синтез білків, що у формуванні хромосом.

ДНК-молекули починають зв'язуватися з білковими, у результаті хромосоми потовщуються. Поруч із спостерігається репродукція центріолей, у результаті їх утворюється 2 пари. Нова центріоль у всіх парах розміщується щодо старої під кутом 90°. Згодом кожна пара в період наступного мітозу відсувається до клітинних полюсів.

Синтетичний період характеризується як підвищеним ДНК-синтезом, і різким стрибком формування молекул РНК, і навіть білків у клітини.

Третій період - постсинтетичний. Він характеризується наявністю підготовки клітини до подальшого поділу (мітотичного). Триває цей період, як правило, завжди менше за інших. Іноді він взагалі випадає.

Тривалість генераційного часу

Інакше кажучи, це те, що триває життєвий цикл клітини. Тривалість генераційного часу, а також окремо взятих періодів набуває різних значень у різних клітин. Це можна побачити з таблиці нижче.

Період				Генераційний час	Тип популяції клітини
пресинтетичний період інтерфази	синтетичний період інтерфази	постсинтетичний період інтерфази	мітоз
					шкірний епітелій
					дванадцятипалої кишки
					тонкої кишки
					клітини печінки 3-тижневої тварини

Отже, найкоротший життєвий цикл клітини – у камбіальних. Буває, що випадає третій період - постсинтетичний. Наприклад, у 3-тижневого щура в клітинах її печінки він зменшується до півгодини, тривалість генераційного часу при цьому становить 21,5 год. Тривалість синтетичного періоду - найстабільніша.

В інших ситуаціях у першому періоді (пресинтетичному) клітина накопичує властивості для здійснення специфічних функцій, це пов'язано з тим, що її будова стає складнішою. Якщо спеціалізація занадто далеко не зайшла, вона може пройти повний життєвий цикл клітини з утворенням 2-х нових у мітозі клітин. У цій ситуації перший період може суттєво збільшитись. Наприклад, у клітинах шкірного епітелію миші генераційний час, саме 585,6 годин, посідає перший період - пресинтетичний, а клітинах периоста дитинча щура - 102 години з 114.

Головна частина цього часу називається G0-періодом - це здійснення інтенсивної специфічної функції клітини. Багато клітин печінки перебувають у такому періоді, через що вони втратили свою здатність до мітозу.

Якщо буде видалена частина печінки, більшість її клітин перейдуть до повного проживання спочатку синтетичного, потім післясинтетичного періоду, в кінці - мітотичного процесу. Отже, для різного родуклітинних популяцій вже доведено оборотність такого G0-періоду. У інших ситуаціях ступінь спеціалізації настільки збільшується, що з типових умов клітини що неспроможні вже ділитися мітотично. Зрідка у них протікає ендорепродукція. У деяких вона повторюється неодноразово, хромосоми товщають настільки, що їх можна побачити у звичайний світловий мікроскоп.

Таким чином, ми дізналися, що у життєвому циклі клітини інтерфазу супроводжується трьома періодами: пресинтетичним, синтетичним та постсинтетичним.

Розподіл клітин

Воно є основою розмноження, регенерації, передачі спадкової інформації, розвитку. Сама собою клітина існує лише у проміжному періоді між поділами.

Життєвий цикл (розподіл клітини) - період існування аналізованої одиниці (починається з її появи у вигляді розподілу клітини материнської), зокрема і саме поділ. Закінчується своїм розподілом чи смертю.

Фази клітинного циклу

Їх лише шість. Відомі такі фази життєвого циклу клітини:

Тривалість життєвого циклу, а також кількість фаз у ньому у кожної клітини своє. Так, у нервовій тканині клітини після завершення початкового ембріонального періоду припиняють ділитися, потім лише функціонують протягом усього життя самого організму, а згодом гинуть. А ось клітини зародка у стадії дроблення спочатку завершують 1 розподіл, а потім відразу, минаючи інші фази, приступають до наступного.

Способи поділу клітини

З усього два:

1. Мітоз- це непрямий поділ клітин.
2. Мейоз- це характерне для такої фази, як дозрівання статевих клітин, поділ.

Тепер докладніше дізнаємося, що є життєвий цикл клітини - мітоз.

Непрямий поділ клітин

Мітоз є непрямим поділом саме соматичних клітин. Це безперервний процес, результат якого – спочатку подвоєння, потім однаковий розподіл між дочірніми клітинами спадкового матеріалу.

Біологічне значення непрямого поділу клітин

Воно полягає в наступному:

1. Результат мітозу – утворення двох клітин, кожна містить таку ж кількість хромосом, як і материнська. Їхні хромосоми утворюються за допомогою точної реплікації материнської ДНК, через що гени дочірніх клітин включають ідентичну спадкову інформацію. Вони генетично однакові з батьківською клітиною. Отже, можна сказати, що мітоз забезпечує ідентичність передачі спадкової інформації дочірнім клітинам від материнської.

2. Підсумком мітозів є певна кількість клітин у відповідному організмі – це один із найважливіших механізмів росту.

3. Велика кількість тварин, рослин розмножується саме безстатевим шляхом у вигляді мітотичного клітинного поділу, тому мітоз становить основу вегетативного розмноження.

4. Саме мітоз забезпечує повну регенерацію втрачених частин, а також заміщення клітин, яке протікає певною мірою у будь-яких багатоклітинних організмів.

Таким чином, стало відомо, що життєвий цикл соматичної клітини складається з мітозу та інтерфази.

Механізм мітозу

Поділ цитоплазми та ядра - 2 самостійні процеси, які протікають безперервно, послідовно. Але з метою зручності вивчення подій, що відбуваються в період поділу, він штучно розмежовується на 4 стадії: про-, мета-, ана-, телофазу. Їхня тривалість різна залежно від типу тканини, зовнішніх факторів, фізіологічного стану. Найтривалішими виступають перша та остання.

Профаза

Тут спостерігається помітне збільшення ядра. Через війну спіралізації відбувається ущільнення, укорочування хромосом. У пізнішій профазі вже добре видно структуру хромосом: 2 хроматиди, які з'єднані центроміром. Починається пересування хромосом до екватора клітини.

З цитоплазмового матеріалу в профазі (пізній) утворюється веретено поділу, яке формується за участю центріолей (у тварин клітинах, у ряду нижчих рослин) або без них (клітини деяких найпростіших, вищих рослин). Згодом від центріолей починають з'являтися 2-типові нитки веретена, точніше:

• опорні, які з'єднують клітинні полюси;
• хромосомні (які тягнуть), які перехрещуються в метафазі до хромосомних центромірів.

На завершення цієї фази зникає ядерна оболонка, а хромосоми розташовуються вільно у цитоплазмі. Зазвичай ядро ​​пропадає трохи раніше.

Метафаза

Її початок – зникнення ядерної оболонки. Хромосоми спершу вишиковуються в екваторній площині, утворюючи метафазну пластинку. При цьому хромосомні центроміри розташовуються в екваторній площині. Нитки веретена приєднуються до хромосомних центромірів, а деякі з них проходять від одного полюса до іншого, не прикріплюючись.

Анафаза

Її початком вважається поділ центроміру хромосом. У результаті хроматиди трансформуються на дві відокремлені дочірні хромосоми. Далі останні починають розходитись до клітинних полюсів. Вони, як правило, в цей час набувають особливої ​​V-подібної форми. Така розбіжність здійснюється у вигляді прискорення ниток веретена. У той самий час протікає подовження опорних ниток, результатом чого стає віддалення полюсів друг від друга.

Телофаза

Тут хромосоми збираються на клітинних полюсах, потім диспіралізуються. Далі відбувається руйнація веретена поділу. Навколо хромосом утворюється ядерна оболонка дочірніх клітин. Так завершується каріокінез, згодом здійснюється цитокінез.

Механізми влучення вірусу в клітину

Їх лише два:

1. За допомогою злиття вірусного суперкапсиду та мембрани клітини. Внаслідок цього вивільняється нуклеокапсид у цитоплазму. Згодом спостерігається реалізація властивостей геному вірусу.

2. За допомогою піноцитозу (рецепторопосередкованого ендоцитозу). Тут відбувається зв'язування вірусу в місці облямованої ямки з рецепторами (специфічними). Остання вп'ячується всередину клітини, а потім трансформується в так званий облямований пляшечку. Він, у свою чергу, містить поглинений віріон, зливається з тимчасовою проміжною бульбашкою, яка називається ендосомою.

Внутрішньоклітинне розмноження вірусу

Після проникнення у клітину геном вірусу цілком підпорядковує її життя власним інтересам. Через білоксинтезуючу систему клітини та її систем генерацій енергії він втілює власне відтворення, жертвуючи, як правило, життям клітини.

На малюнку нижче представлений життєвий цикл вірусу в клітині господаря (ліси Семлики – представник роду Alphvirus). Його геном представлений однонитковою позитивною нефрагментованою РНК. Там віріон оснащений суперкапсидом, що складається з ліпідного бішару. Через нього проходить близько 240 копій низки глікопротеїнових комплексів. Вірусний життєвий цикл починається з його абсорбції на мембрані господарської клітини, там він з'єднується з рецептором білка. Проникнення в клітину здійснюється за допомогою піноцитозу.

Висновок

У статті було розглянуто життєвий цикл клітини, описано його фази. Детально розказано про кожний період інтерфази.

Життєвий цикл клітини, або клітинний цикл, - Це проміжок часу, протягом якого існує як одиниця, тобто період життя клітини. Він триває від моменту появи клітини в результаті поділу її материнської і до кінця поділу її самої, коли вона «розпадається» на дві дочірні.

Трапляються випадки, коли клітина не ділиться. Тоді її життєвий цикл – це період від появи клітини до загибелі. Зазвичай не діляться клітини низки тканин багатоклітинних організмів. Наприклад, нервові клітини та еритроцити.

Прийнято в життєвому циклі клітин еукаріотів виділяти ряд певних періодів, або фаз. Вони характерні для всіх клітин, що діляться. Фази позначають G1, S, G2, M. З фази G1 клітина може йти у фазу G0, залишаючись в якій, вона не ділиться і в багатьох випадках диференціюється. При цьому деякі клітини можуть повертатися з G 0 до G 1 і пройти по всіх етапах клітинного циклу.

Літери в абревіатурах фаз – це перші літери англійських слів: gap (проміжок), synthesis (синтез), mitosis (мітоз).

Червоним флуоресцентним індикатором клітини підсвічуються у фазу G1. Інші фази клітинного циклу – зеленим.

Період G 1 – пресинтетичний- Починається відразу як тільки клітина з'явилася. У цей момент вона менша за розміром, ніж материнська, у ній мало речовин, недостатньо кількість органоїдів. Тому в G 1 відбувається зростання клітини, синтез РНК, білків, побудова органел. Зазвичай G 1 - Найтриваліша фаза життєвого циклу клітини.

S – синтетичний період. Найголовніша його відмітна ознака – подвоєння ДНК шляхом реплікації. Кожна хромосома стає з двох хроматид. У цей період хромосоми, як і раніше, деспіралізовані. У хромосомах, окрім ДНК, багато білків-гістонів. Тому в S-фазу гістони синтезуються у великій кількості.

У постсинтетичний період – G 2- Клітина готується до поділу, зазвичай шляхом мітозу. Клітина продовжує зростати, активно йде синтез АТФ, можуть подвоюватися центріолі.

Далі клітина входить у фазу клітинного поділу - M. Тут відбувається розподіл клітинного ядра - каріокінез, після чого розподіл цитоплазми – цитокінез. Завершення цитокінезу знаменує завершення життєвого циклу цієї клітини та початок клітинних циклів двох нових.

Фаза G 0іноді називають періодом відпочинку клітини. Клітина «виходить» із звичайного циклу. У цей період клітина може розпочати диференціацію і вже ніколи не повернутися до звичайного циклу. Також у фазу G 0 можуть входити клітини, що старіють.

Перехід у кожну наступну фазу циклу контролюється спеціальними клітинними механізмами, так званими чекпоінтами. контрольними точками. Щоб наступила наступна фаза, в клітині має бути все готове для цього, в ДНК не міститься грубих помилок та ін.

Фази G 0 , G 1 , S, G 2 разом формують інтерфазу - I.