U ćelijskom ciklusu razlikuje se sama mitoza i interfaza, koja uključuje presintetski (postmitotički) - G1 period, sintetički (S) period i postsintetički (premitotički) - G2 period. Priprema ćelije za diobu odvija se u interfazi. Predsintetički period interfaze je najduži. Kod eukariota može trajati od 10 sati do nekoliko dana. U presintetskom periodu (G1), koji se javlja odmah nakon diobe, ćelije imaju diploidni (2n) set hromozoma i 2c genetski materijal DNK. U tom periodu počinje rast ćelija, sinteza proteina i RNK. Ćelije se pripremaju za sintezu DNK (S-period). Povećava se aktivnost enzima uključenih u energetski metabolizam. U S-periodu (sintetičkom) dolazi do replikacije molekula DNK i sinteze proteina - histona, sa kojima je svaki lanac DNK povezan. Sinteza RNK se povećava u skladu sa količinom DNK. Tokom replikacije, dvije spirale molekule DNK se odmotaju, vodonične veze se raskidaju i svaka postaje šablon za reprodukciju novih lanaca DNK. Sinteza novih molekula DNK provodi se uz sudjelovanje enzima. Svaki od dvije kćerke molekule nužno uključuje jednu staru i jednu novu spiralu. U S periodu počinje umnožavanje centriola. Svaki hromozom se sastoji od dvije sestrinske hromatide i sadrži 4c DNK. Broj hromozoma se ne menja (2n). Trajanje sinteze DNK - S-period mitotičkog ciklusa - traje 6 - 12 sati kod sisara. U postsintetskom periodu (G2) dolazi do sinteze RNK, akumulira se ATP energija neophodna za diobu ćelije, dovršava se umnožavanje centriola, mitohondrija i plastida, sintetiziraju se proteini od kojih je izgrađeno ahromatinsko vreteno i stanica rast završava.
Ćelijsko jezgro Jezgro je otkrio i opisao 1833. Englez R. Brown. Jezgro je prisutno u svim eukariotskim stanicama, s izuzetkom zrelih crvenih krvnih zrnaca i biljnih sitastih cijevi. Jedro je neophodno za život ćelije. Jezgro pohranjuje nasljedne informacije sadržane u DNK. Ova informacija se, zahvaljujući jezgru, prenosi na ćelije kćeri tokom ćelijske diobe. Jezgro određuje specifičnost proteina koji se sintetiziraju u ćeliji. Jezgro sadrži mnogo proteina neophodnih za osiguranje njegovih funkcija. RNK se sintetiše u jezgru. Jezgro ima nuklearni omotač koji ga odvaja od citoplazme, karioplazme (nuklearnog soka), jedne ili više nukleola i hromatina. Nuklearni sok (karioplazma) - unutrašnji sadržaj jezgra, je rastvor proteina, nukleotida, jona, viskozniji od hijaloplazme. Sadrži i fibrilarne proteine. Karioplazma sadrži jezgre i hromatin. U nukleolima dolazi do sinteze rRNA i drugih tipova RNK i formiranja ribosomskih podjedinica. Kromatin (obojeni materijal) je gusta supstanca jezgra. Hromatin se sastoji od molekula DNK u kompleksu sa proteinima (histoni i nehistoni) i RNK. Molekuli DNK koji sadrže nasljedne informacije mogu se udvostručiti tokom replikacije, a moguć je i prijenos (transkripcija) genetskih informacija sa DNK na mRNA. Tokom nuklearne diobe, hromatin postaje intenzivnije obojen i dolazi do kondenzacije - formiranja spiraliziranijih (uvijenih) niti zvanih hromozomi. Hromozomi su sintetički neaktivni. Svaki kromosom u metafazi mitoze sastoji se od dvije hromatide, nastale kao rezultat reduplikacije, a povezane su centromerom (primarna konstrikcija). U anafazi, hromatide su odvojene jedna od druge. Oni formiraju kćerke hromozome koji sadrže iste genetske informacije. Centromera dijeli hromozom u dva kraka. Kromosomi sa jednakim kracima nazivaju se jednakokraki ili metacentrični, sa kracima nejednake dužine - nejednakorukasti - submetacentrični, s jednim kratkim, a drugim gotovo neprimjetnim - štapićasti ili akrocentrični. Skup karakteristika hromozomskog skupa naziva se kariotip. Skup hromozoma je specifičan i konstantan za pojedince svake vrste. Ljudi imaju 46 hromozoma. U somatskim ćelijama koje imaju diploidni skup hromozoma, hromozomi su upareni. Zovu se homologni. Jedan hromozom u paru dolazi iz majčinog, a drugi iz očevog. Kromosomi iz različitih parova nazivaju se nehomolognim. Kariotip razlikuje spolne hromozome (kod ljudi to su X hromozom i Y hromozom) i autozome (sve ostale). Polne ćelije imaju haploidni skup hromozoma. Osnova hromozoma je molekul DNK.
Životni ciklus ćelije
Obrasci postojanja ćelija tokom vremena
Sposobnost ćelije da se razmnožava jedno je od osnovnih svojstava živih bića. Podjela ćelija je u osnovi embriogeneze i regeneracije.
Redovne promjene strukturnih i funkcionalnih karakteristika ćelije tokom vremena čine sadržaj životni ciklus ćelije ( ćelijski ciklus). Ćelijski ciklus je period postojanja ćelije od trenutka njenog formiranja preko deobe matične ćelije do njene sopstvene deobe ili smrti.
Važna komponentaćelijski ciklus je mitotički (proliferativni) ciklus- kompleks međusobno povezanih i vremenski usklađenih događaja koji se javljaju u procesu pripreme ćelije za diobu i tokom same diobe. Istovremeno, u životni ciklus uključuje period izvršenja ćelije višećelijski organizam specifične funkcije, kao i periodi odmora. Tokom perioda mirovanja, neposredna sudbina ćelije nije određena: ona može ili započeti pripremu za mitozu, ili započeti specijalizaciju u određenom funkcionalnom pravcu.
Trajanje mitotskog ciklusa za većinu ćelija je od 10 do 50 sati. Njegova dužina značajno varira: za bakterije je 20-30 minuta, za papuču 1-2 puta dnevno, za amebu oko 1,5 dana. Trajanje ciklusa se reguliše promenom trajanja svih njegovih perioda. Višećelijske ćelije također imaju različite sposobnosti podjele. U ranoj embriogenezi se često dijele, au odraslom organizmu uglavnom gube ovu sposobnost kako se specijalizuju. Ali čak i u organizmu koji je dostigao potpuni razvoj, mnoge ćelije se moraju podijeliti kako bi zamijenile istrošene ćelije koje se neprestano odvajaju i, konačno, nove ćelije su potrebne za zacjeljivanje rana.
Posljedično, u nekim populacijama ćelija diobe se moraju odvijati tokom života. Uzimajući to u obzir, sve ćelije se mogu podijeliti na tri kategorije:
1. U tijelu viših kralježnjaka ne dijele se sve ćelije stalno. Postoje specijalizovane ćelije koje su izgubile sposobnost dijeljenja (neutrofili, bazofili, eozinofili, nervne celije). Do trenutka kada se dijete rodi, nervne ćelije dostižu visoko specijalizirano stanje, gube sposobnost podjele tokom procesa ontogeneze, njihov broj se kontinuirano smanjuje. Ova okolnost takođe ima jednu dobra strana; ako se nervne ćelije podijele, onda više nervne funkcije(pamćenje, razmišljanje) bi bili oštećeni.
2. Druga kategorija ćelija je takođe visoko specijalizovana, ali se zbog njihovog stalnog ljuštenja zamenjuju novim i tu funkciju obavljaju ćelije iste linije, ali još nisu specijalizovane i nisu izgubile sposobnost dele. Ove ćelije se nazivaju obnavljajuće ćelije. Primjer su stalno obnavljane stanice crijevnog epitela, hematopoetske stanice. Čak i ćelije koštanog tkiva sposobne da se formiraju od nespecijalizovanih (ovo se može primetiti tokom reparativne regeneracije fraktura kostiju). Populacije nespecijaliziranih ćelija koje zadržavaju sposobnost dijeljenja obično se nazivaju matičnim stanicama.
3. Treća kategorija ćelija je izuzetak, kada visoko specijalizovane ćelije pod određenim uslovima mogu ući u mitotički ciklus. Radi se o o ćelijama koje imaju dug životni vek i gde se deoba ćelija retko dešava nakon potpunog rasta. Primjer su hepatociti. Ali ako se eksperimentalnoj životinji ukloni 2/3 jetre, tada se ona za manje od dvije sedmice vraća na prethodnu veličinu. Isto su i ćelije žlijezda koje proizvode hormone: in normalnim uslovima samo nekoliko njih je u stanju da se razmnožava, a pod izmenjenim uslovima većina njih može početi da se deli.
Na osnovu dva glavna događaja mitotičkog ciklusa, razlikuje se reproduktivni I podjela odgovarajuće faze međufaza I mitoza klasična citologija.
Tokom početnog perioda interfaze (kod eukariota 8-10 sati) (postmitotski, presintetički ili G 1 period) obnavljaju se organizacijske karakteristike interfazne ćelije i završava se formiranje nukleolusa koje je počelo u telofazi. Značajna (do 90%) količina proteina ulazi u jezgro iz citoplazme. U citoplazmi, paralelno s reorganizacijom ultrastrukture, intenzivira se sinteza proteina. Ovo potiče rast ćelijske mase. Ako će ćelija kćerka ući u sljedeći mitotički ciklus, sinteze se usmjeravaju: formiraju se kemijski prekursori DNK, enzimi koji kataliziraju reakciju reduplikacije DNK i sintetizira se protein koji započinje ovu reakciju. Međutim, sprovode se procesi pripreme za naredni međufazni period – sintetički. Ćelije imaju diploidni skup hromozoma 2n i 2c DNK genetskog materijala (genetska formula ćelije).
IN sintetički ili S-period (6-10 h) količina nasljednog materijala u ćeliji se udvostručuje. Uz nekoliko izuzetaka reduplikacija(Udvostručavanje DNK se ponekad naziva replikacija, napuštajući termin reduplikacija za označavanje duplikacije hromozoma.) DNK se provodi na polukonzervativan način. Sastoji se od divergencije zavojnice DNK u dva lanca, nakon čega slijedi sinteza komplementarnog lanca u blizini svakog od njih. Kao rezultat, pojavljuju se dvije identične zavojnice. Molekule DNK, komplementarne majčinim, formiraju se u odvojenim fragmentima duž dužine hromozoma, a ne istovremeno (asinhrono) u različitim delovima istog hromozoma, kao i u različitim hromozomima. Zatim sekcije (replikacijske jedinice - replikoni) novoformirana DNK je “ušivena” u jednu makromolekulu. Ljudska ćelija sadrži više od 50.000 replikona. Dužina svakog od njih je oko 30 mikrona. Njihov broj se mijenja tokom ontogeneze. Značenje reduplikacije DNK replikonima postaje jasno iz sljedećih poređenja. Brzina sinteze DNK je 0,5 µm/min. U ovom slučaju, reduplikacija lanca DNK jednog ljudskog hromozoma dužine oko 7 cm trajala bi oko tri mjeseca. Područja hromozoma u kojima počinje sinteza nazivaju se početne tačke. Možda su to mjesta vezivanja interfaznih hromozoma za unutrašnju membranu nuklearne membrane. Moglo bi se pomisliti da je DNK pojedinačnih frakcija, o čemu će biti riječi u nastavku, reduplicirana u strogo definiranoj fazi S-perioda. Dakle, većina gena rRNA duplira DNK na početku perioda. Reduplikaciju pokreće signal koji iz citoplazme ulazi u jezgro, čija priroda nije jasna. Sintezi DNK u replikonu prethodi sinteza RNK. U ćeliji koja je prošla kroz S-period interfaze, hromozomi sadrže dvostruko veću količinu genetskog materijala. Uz DNK, u sintetičkom periodu intenzivno se formiraju RNK i proteini, a broj histona se striktno udvostručuje.
Otprilike 1% DNK životinjska ćelija nalazi u mitohondrijama. Mali dio mitohondrijalne DNK se reduplicira u sintetskom periodu, dok se glavni dio reduplicira u postsintetskom periodu interfaze. Istovremeno, poznato je da životni vijek mitohondrija u ćelijama jetre, na primjer, iznosi 10 dana. S obzirom na to da se u normalnim uslovima hepatociti rijetko dijele, treba pretpostaviti da se reduplikacija mitohondrijske DNK može dogoditi bez obzira na faze mitotičkog ciklusa. Svaki hromozom se sastoji od dvije sestrinske hromatide ( 2n), sadrži DNK 4c.
Dužina vremena od kraja sintetičkog perioda do početka mitoze je postsintetički (premitotički), ili G 2 -period međufaza ( 2n i 4c) (3-6 sati). Karakterizira ga intenzivna sinteza RNK i posebno proteina. Završeno je udvostručenje mase citoplazme u odnosu na početak interfaze. Ovo je izuzetno važno za ulazak ćelije u mitozu. Neki od proizvedenih proteina (tubulini) se kasnije koriste za izgradnju mikrotubula vretena. Sintetički i postsintetski period su direktno povezani sa mitozom. Ovo nam omogućava da ih izolujemo tokom posebnog perioda međufaze - predprofaza.
Postoji tri načina diobe ćelija: mitoza, amitoza, mejoza.
Sposobnost ćelije da se razmnožava jedno je od osnovnih svojstava živih bića. Podjela ćelija je u osnovi embriogeneze i regeneracije.
Redovne promjene strukturnih i funkcionalnih karakteristika ćelije tokom vremena čine sadržaj životni ciklus ćelije (ćelijski ciklus).Ćelijski ciklus je period postojanja ćelije od trenutka njenog formiranja deljenjem matične ćelije do njene sopstvene deobe ili smrti.
Važna komponenta ćelijskog ciklusa je mitotički (proliferativni) ciklus- kompleks međusobno povezanih i vremenski usklađenih događaja koji se javljaju u procesu pripreme ćelije za diobu i tokom same diobe. Osim toga, životni ciklus uključuje period izvršenja ćelije višećelijski organizam specifične funkcije, kao i periodi odmora. Tokom perioda mirovanja, neposredna sudbina ćelije nije određena: ona može ili započeti pripremu za mitozu, ili započeti specijalizaciju u određenom funkcionalnom pravcu.
Trajanje mitotskog ciklusa za većinu ćelija je od 10 do 50 sati. Njegova dužina značajno varira: za bakterije je 20-30 minuta, za papuču 1-2 puta dnevno, za amebu oko 1,5 dana. Trajanje ciklusa se reguliše promenom trajanja svih njegovih perioda. Višećelijske ćelije također imaju različite sposobnosti podjele. U ranoj embriogenezi se često dijele, au odraslom tijelu uglavnom gube tu sposobnost, jer se specijaliziraju. Ali čak i u organizmu koji je dostigao potpuni razvoj, mnoge ćelije se moraju podijeliti kako bi zamijenile istrošene ćelije koje se neprestano odvajaju i, konačno, nove ćelije su potrebne za zacjeljivanje rana.
Stoga, u nekim populacijama ćelija, diobe se moraju odvijati tokom života. Uzimajući to u obzir, sve ćelije se mogu podijeliti na tri kategorije:
1. U tijelu viših kralježnjaka ne dijele se sve ćelije stalno. Postoje specijalizovane ćelije koje su izgubile sposobnost da se dele (neutrofili, bazofili, eozinofili, nervne ćelije). Do trenutka kada se dijete rodi, nervne ćelije dostižu visoko specijalizirano stanje, gubeći sposobnost podjele tokom ontogeneze, njihov broj se kontinuirano smanjuje. Ova okolnost ima i jednu dobru stranu; ako se nervne ćelije podijele, tada bi bile poremećene više nervne funkcije (pamćenje, mišljenje).
2. Druga kategorija ćelija je takođe visoko specijalizovana, ali se zbog njihovog stalnog ljuštenja zamenjuju novim i tu funkciju obavljaju ćelije iste linije, ali još nisu specijalizovane i nisu izgubile sposobnost dele. Ove ćelije se nazivaju obnavljajuće ćelije. Primjer su stalno obnavljane stanice crijevnog epitela, hematopoetske stanice. Čak se i ćelije koštanog tkiva mogu formirati od nespecijalizovanih (ovo se može uočiti tokom reparativne regeneracije fraktura kostiju). Populacije nespecijaliziranih ćelija koje zadržavaju sposobnost dijeljenja obično se nazivaju matičnim stanicama.
3. Treća kategorija ćelija je izuzetak, kada visoko specijalizovane ćelije pod određenim uslovima mogu ući u mitotički ciklus. Riječ je o ćelijama koje imaju dug životni vijek i gdje nakon potpunog rasta rijetko dolazi do diobe ćelija. Primjer su hepatociti. Ali ako se eksperimentalnoj životinji ukloni 2/3 jetre, tada se ona za manje od dvije sedmice vraća na prethodnu veličinu. Ćelije žlijezda koje proizvode hormone su iste: u normalnim uvjetima, samo nekoliko njih je u stanju da se razmnožava, a pod izmijenjenim uvjetima većina njih može početi da se dijeli.
Na osnovu dva glavna događaja mitotičkog ciklusa, razlikuje se reproduktivni I podjela odgovarajuće faze međufaza I mitoza klasična citologija.
Tokom početnog perioda interfaze (kod eukariota 8-10 sati) (postmitotski, presintetički ili G 1 period) obnavljaju se organizacijske karakteristike interfazne ćelije i završava se formiranje nukleolusa koje je počelo u telofazi. Značajna (do 90%) količina proteina ulazi u jezgro iz citoplazme. U citoplazmi, paralelno s reorganizacijom ultrastrukture, intenzivira se sinteza proteina. Ovo potiče rast ćelijske mase. Ako ćelija kćerka treba da uđe u sljedeći mitotički ciklus, sinteze postaju usmjerene: formiraju se kemijski prekursori DNK, enzimi koji kataliziraju reakciju reduplikacije DNK i sintetizira se protein koji započinje ovu reakciju. Tako se sprovode procesi pripreme za naredni period interfaze – sintetičke. Ćelije imaju diploidni skup hromozoma 2n i 2c DNK genetskog materijala (genetska formula ćelije).
IN sintetički ili S-period (6-10 h) količina nasljednog materijala u ćeliji se udvostručuje. Uz nekoliko izuzetaka reduplikacija(Udvostručavanje DNK se ponekad naziva replikacija, napuštajući termin reduplikacija za označavanje duplikacije hromozoma.) DNK se provodi na polukonzervativan način. Sastoji se od divergencije zavojnice DNK u dva lanca, nakon čega slijedi sinteza komplementarnog lanca u blizini svakog od njih. Kao rezultat, pojavljuju se dvije identične zavojnice. Molekule DNK, komplementarne majčinim, formiraju se u odvojenim fragmentima duž dužine hromozoma, a ne istovremeno (asinhrono) u različitim delovima istog hromozoma, kao i u različitim hromozomima. Zatim sekcije (replikacijske jedinice - replikoni) novoformirana DNK je “ušivena” u jednu makromolekulu. Ljudska ćelija sadrži više od 50.000 replikona. Dužina svakog od njih je oko 30 mikrona. Njihov broj se mijenja tokom ontogeneze. Značenje reduplikacije DNK replikonima postaje jasno iz sljedećih poređenja. Brzina sinteze DNK je 0,5 µm/min. U ovom slučaju, reduplikacija lanca DNK jednog ljudskog hromozoma dužine oko 7 cm trajala bi oko tri mjeseca. Područja hromozoma u kojima počinje sinteza nazivaju se početne tačke. Možda su to mjesta vezivanja interfaznih hromozoma za unutrašnju membranu nuklearne membrane. Moglo bi se pomisliti da je DNK pojedinačnih frakcija, o čemu će biti riječi u nastavku, reduplicirana u strogo definiranoj fazi S-perioda. Dakle, većina gena rRNA duplira DNK na početku perioda. Reduplikaciju pokreće signal koji ulazi u jezgro iz citoplazme, čija priroda nije jasna. Sintezi DNK u replikonu prethodi sinteza RNK. U ćeliji koja je prošla kroz S-period interfaze, hromozomi sadrže dvostruko veću količinu genetskog materijala. Uz DNK, u sintetičkom periodu intenzivno se formiraju RNK i proteini, a broj histona se striktno udvostručuje.
Otprilike 1% DNK životinjske ćelije nalazi se u mitohondrijima. Mali dio mitohondrijalne DNK se reduplicira u sintetskom periodu, dok se glavni dio reduplicira u postsintetskom periodu interfaze. Istovremeno, poznato je da životni vijek mitohondrija u ćelijama jetre, na primjer, iznosi 10 dana. S obzirom da se u normalnim uslovima hepatociti rijetko dijele, treba pretpostaviti da se reduplikacija mitohondrijske DNK može dogoditi bez obzira na faze mitotičkog ciklusa. Svaki hromozom se sastoji od dvije sestrinske hromatide ( 2n), sadrži DNK 4c.
Dužina vremena od kraja sintetičkog perioda do početka mitoze je postsintetički (premitotički), ili G 2 -period međufaza ( 2n i 4c) (3-6 sati). Karakterizira ga intenzivna sinteza RNK i posebno proteina. Završeno je udvostručenje mase citoplazme u odnosu na početak interfaze. Ovo je neophodno da bi ćelija ušla u mitozu. Neki od proizvedenih proteina (tubulini) se kasnije koriste za izgradnju mikrotubula vretena. Sintetički i postsintetski period su direktno povezani sa mitozom. Ovo nam omogućava da ih izolujemo tokom posebnog perioda međufaze - predprofaza.
Postoji tri načina diobe ćelija: mitoza, amitoza, mejoza.
Zapamtite!
Prema teoriji ćelija, kako se povećava broj ćelija?
Nove ćelije kćeri nastaju dijeljenjem matične ćelije, pa je proces reprodukcije organizma ćelijske prirode.
Mislite li da je životni vijek različitih tipova ćelija u višećelijskom organizmu isti? Obrazložite svoje mišljenje.
Ne, trajanje ovisi o strukturi i funkcijama koje se obavljaju
Pregledajte pitanja i zadatke
1. Kakav je životni ciklus ćelije?
Ćelijski ili ćelijski životni ciklus je život ćelije od njenog pojavljivanja do diobe ili smrti. Ćelijski ciklus se konvencionalno dijeli na dva perioda: dugi - međufazni i relativno kratki - sama dioba.
2. Kako dolazi do duplikacije DNK u mitotičkom ciklusu? Objasnite biološko značenje ovog procesa.
Duplikacija DNK događa se u sintetičkoj fazi interfaze. Svaki molekul DNK pretvara se u dva identična ćerka DNK molekula. Ovo je neophodno kako bi tokom ćelijske diobe svaka kćerka ćelija dobila svoju kopiju DNK. Enzim DNK helikaza razbija vodonične veze između azotnih baza, dvostruki lanac DNK se odmotava u dva jednostruka lanca. Zatim enzim DNK polimeraza kompletira svaki pojedinačni lanac u dvostruki lanac prema principu komplementarnosti. Svaka ćerka DNK sadrži jedan lanac iz DNK majke i jedan novosintetizovani - to je princip polukonzervativnosti. Prema principu antiparalelizma, lanci DNK leže suprotni krajevi jedan drugom. DNK se može protezati samo na kraju od 3", tako da se na svakoj replikacijskoj račvi kontinuirano sintetizira samo jedan od dva lanca. Drugi lanac (zaostaje) raste u smjeru 5" uz pomoć kratkih (100-200 nukleotida) Okazaki fragmenata , od kojih svaki raste u smjeru 3", a zatim se, uz pomoć enzima DNK ligaze, pridružuje prethodnom lancu. Brzina replikacije kod eukariota je 50-100 nukleotida u sekundi. Svaki hromozom ima mnogo izvora replikacije, iz svakog od zbog čega se 2 replikacijske vilice razilaze. Ovakva replikacija traje oko sat vremena. od organizma do svog potomstva, jer su potpuni podaci o strukturi i funkcionisanju kodirani u genetskoj informaciji organizama - DNK koja je osnova nasljednog materijala većine mikro- i makroorganizama (umnožavanje).
3. Šta je priprema ćelije za mitozu?
Faza pripreme ćelije za diobu naziva se interfaza. Podijeljen je na nekoliko perioda. Presintetički period (G1) je najduži period ćelijskog ciklusa, koji se javlja nakon deobe ćelije (mitoza). Broj hromozoma i
Sadržaj DNK - 2n2c. U različite vrstećelija, G1 period može trajati od nekoliko sati do nekoliko dana. U tom periodu u ćeliji se aktivno sintetiziraju proteini, nukleotidi i sve vrste RNK, dijele se mitohondriji i proplastidi (kod biljaka), formiraju se ribozomi i sve jednomembranske organele, povećava se volumen ćelije, akumulira se energija, i pripreme za replikaciju DNK su u toku. Sintetički period (S) je najvažniji period u životu ćelije, tokom kojeg dolazi do udvostručavanja (reduplikacije) DNK. Trajanje S perioda je od 6 do 10 sati. Istovremeno, postoji aktivna sinteza histonskih proteina koji čine hromozome i njihova migracija u jezgro. Do kraja perioda, svaki hromozom se sastoji od dvije sestrinske hromatide povezane jedna s drugom na centromeri. Dakle, broj hromozoma se ne mijenja (2n), ali se količina DNK udvostručuje (4c). Postsintetski period (G2) nastupa nakon završetka duplikacije hromozoma. Ovo je period pripreme ćelije za podelu. Traje 2-6 sati. U ovom trenutku, energija se aktivno akumulira za nadolazeću diobu, sintetiziraju se proteini mikrotubula (tubulini) i regulatorni proteini koji pokreću mitozu.
4. Opišite faze mitoze uzastopno.
Proces mitoze se obično dijeli u četiri glavne faze: profaza, metafaza, anafaza i telofaza. Budući da je kontinuirana, promjena faza se odvija glatko - jedna neprimjetno prelazi u drugu. U profazi se povećava volumen jezgra, a zbog spiralizacije hromatina nastaju hromozomi. Do kraja profaze jasno je da se svaki hromozom sastoji od dvije hromatide. Nukleoli i nuklearna membrana se postepeno rastvaraju, a hromozomi se pojavljuju nasumično locirani u citoplazmi ćelije. Centriole se razilaze prema polovima ćelije. Formira se vreteno fisije akromatina, od kojih neke niti idu od pola do pola, a neke su pričvršćene za centromere hromozoma. Sadržaj genetskog materijala u ćeliji ostaje nepromijenjen (2n4c). U metafazi, hromozomi dostižu maksimalnu spiralizaciju i raspoređeni su na uredan način na ekvatoru ćelije, pa se broje i proučavaju tokom ovog perioda. Sadržaj genetskog materijala se ne mijenja (2n4c). U anafazi, svaki hromozom se "cijepa" na dvije hromatide, koje se tada nazivaju hromozomi kćeri. Niti vretena pričvršćeni za centromere se skupljaju i povlače hromatide (kćerke hromozome) prema suprotnim polovima ćelije. Sadržaj genetskog materijala u ćeliji na svakom polu je predstavljen diploidnim skupom hromozoma, ali svaki hromozom sadrži jednu hromatidu (4n4c). U telofazi, hromozomi koji se nalaze na polovima despiriraju i postaju slabo vidljivi. Oko hromozoma na svakom polu formira se nuklearna membrana od membranskih struktura citoplazme, a jezgre se formiraju u jezgrama. Fisijsko vreteno je uništeno. Istovremeno, citoplazma se dijeli. Ćerke ćelije imaju diploidni skup hromozoma, od kojih se svaki sastoji od jedne hromatide (2n2c).
Sastoji se u tome da mitoza osigurava nasljedni prijenos karakteristika i svojstava u nizu ćelijskih generacija tokom razvoja višećelijskog organizma. Zbog precizne i ujednačene raspodjele hromozoma tokom mitoze, sve ćelije jednog organizma su genetski identične. Mitotička dioba stanica je u osnovi svih oblika aseksualne reprodukcije i kod jednoćelijskih i kod višećelijskih organizama. Mitoza određuje najvažnije životne pojave: rast, razvoj i obnavljanje tkiva i organa i aseksualna reprodukcija organizmi.
Razmisli! Zapamtite!
1. Objasni zašto se završetak mitoze – podjela citoplazme odvija različito u životinjskim i biljnim stanicama.
Budući da biljni i životinjski organizmi imaju različite ćelije i tkiva. Na primjer, ćelije specijalizovanih biljnih tkiva (pokrovnih, mehaničkih, provodnih) nisu sposobne za diobu. Dakle, biljka mora imati tkiva čija je jedina funkcija stvaranje novih ćelija. Mogućnost rasta biljaka ovisi samo o njima. To su obrazovna tkiva, odnosno meristemi (od grčkog meristos - djeljiv).
2. Koje ćelije biljnog tkiva se aktivno dijele i stvaraju sva ostala biljna tkiva?
Obrazovna tkiva, ili meristemi, sastoje se od malih ćelija tankih stijenki velikih jezgara koje sadrže proplastide, mitohondrije i male vakuole, koje se praktički ne razlikuju pod svjetlosnim mikroskopom. Meristemi osiguravaju rast biljaka i formiranje svih drugih vrsta tkiva. Njihove ćelije se dijele mitozom. Nakon svake diobe, jedna od sestrinskih stanica zadržava svojstva majke, dok druga ubrzo prestaje da se dijeli i počinje početne faze diferencijacije, formirajući potom ćelije određenog tkiva.
Udžbenik je usklađen sa Federalnim državnim obrazovnim standardom srednjeg (potpunog) opšteg obrazovanja, preporučuje ga Ministarstvo obrazovanja i nauke Ruske Federacije i uključen je u Saveznu listu udžbenika.
Udžbenik je namijenjen učenicima 10. razreda i namijenjen je za nastavu predmeta 1 ili 2 sata sedmično.
Moderan dizajn, pitanja i zadaci na više nivoa, Dodatne informacije i mogućnost paralelnog rada sa elektronskom aplikacijom doprinose efikasnoj asimilaciji nastavnog materijala.
Zapamtite!
Prema teoriji ćelija, kako se povećava broj ćelija?
Mislite li da je životni vijek različitih tipova ćelija u višećelijskom organizmu isti? Obrazložite svoje mišljenje.
U trenutku rođenja, dijete je u prosjeku teško 3-3,5 kg i visoko je oko 50 cm, mladunče mrki medvjed, čiji roditelji dostižu težinu od 200 kg ili više, teži ne više od 500 g, a sićušni kengur teži manje od 1 g Prekrasan labud izrasta iz sive, neupadljive pilića, okretni punoglavac pretvara se u smirenu žabu. Iz žira zasađenog u blizini kuće raste ogroman hrast, koji sto godina kasnije svojom ljepotom oduševljava nove generacije ljudi. Sve ove promjene moguće su zahvaljujući sposobnosti organizama da rastu i razvijaju se. Drvo se neće pretvoriti u sjeme, riba se neće vratiti u jaje - procesi rasta i razvoja su nepovratni. Ova dva svojstva žive materije su neraskidivo povezana jedno s drugim, a zasnivaju se na sposobnosti ćelije da se deli i specijalizuje.
Rast cilijata ili amebe je povećanje veličine i komplikacija strukture pojedinačne ćelije zbog procesa biosinteze. Ali rast višećelijskog organizma nije samo povećanje veličine ćelija, već i njihova aktivna podjela - povećanje broja. Brzina rasta, razvojne karakteristike, veličina do koje može narasti određena jedinka - sve to ovisi o mnogim faktorima, uključujući i utjecaj okoline. Ali glavni, odlučujući faktor u svim ovim procesima je nasljedna informacija, koja je pohranjena u obliku hromozoma u jezgri svake ćelije. Sve ćelije višećelijskog organizma potiču iz jednog oplođenog jajeta. U procesu rasta svaka novonastala ćelija mora dobiti tačnu kopiju genetskog materijala kako bi se, imajući opći nasljedni program tijela, specijalizirala i, vršeći svoju specifičnu funkciju, bila sastavni dio cjeline.
U vezi sa diferencijacijom, tj. podjelom na različite vrste, ćelije višećelijskog organizma imaju nejednak životni vijek. Na primjer, nervne ćelije prestaju da se dele čak i tokom intrauterinog razvoja, a tokom života organizma njihov broj može samo da se smanji. Jednom kada se pojave, više se ne dijele i žive sve dok su tkivo ili organ u koji su uključeni, a stanice formiraju prugaste mišićno tkivo kod životinja i skladišnih tkiva u biljkama. Crvena krvna zrnca se neprestano dijele koštana srž, formiranje krvnih zrnaca čiji je životni vijek ograničen. U procesu obavljanja svojih funkcija epitelne stanice kože brzo umiru, pa se u zametnoj zoni epiderme stanice vrlo intenzivno dijele. Kambijalne ćelije i ćelije konusa rasta u biljkama se aktivno dijele. Što je veća specijalizacija ćelija, to je manja njihova sposobnost reprodukcije.
U ljudskom tijelu postoji oko 10 14 ćelija. Svaki dan umire oko 70 milijardi crijevnih epitelnih stanica i 2 milijarde crvenih krvnih zrnaca. Najkraće žive ćelije su epitelne ćelije creva, čiji je životni vek samo 1-2 dana.
Životni ciklus ćelije.
Period života ćelije od trenutka njenog nastanka u procesu deobe do smrti ili završetka naknadne deobe pozvao životni ciklus . Ćelija se pojavljuje tokom diobe matične ćelije i nestaje tokom vlastite diobe ili smrti. Trajanje životnog ciklusa različite ćelije uvelike varira i zavisi od tipa ćelije i uslova spoljašnje okruženje(temperatura, dostupnost kiseonika i hranljive materije). Na primjer, životni ciklus amebe je 36 sati, a bakterije se mogu podijeliti svakih 20 minuta.
Životni ciklus bilo koje ćelije je skup događaja koji se dešavaju u ćeliji od trenutka kada je nastala kao rezultat deobe do smrti ili naknadne mitoze. Životni ciklus može uključivati mitotički ciklus koji se sastoji od pripreme za mitozu - međufaza i sama podjela, kao i faza specijalizacije - diferencijacije, tokom koje ćelija obavlja svoje specifične funkcije. Trajanje interfaze je uvijek duže od same podjele. U epitelnim ćelijama crijeva glodara interfaza traje u prosjeku 15 sati, a dioba se događa za 0,5-1 sat. U interfazi se u ćeliji aktivno odvijaju procesi biosinteze, stanica raste, formira organele i priprema se za sljedeću diobu. Ali nesumnjivo najviše važan proces, koji se javlja tokom interfaze u pripremi za diobu, je duplikacija DNK ().
Dvije spirale molekule DNK divergiraju i na svakom od njih se sintetizira novi polinukleotidni lanac. Reduplikacija DNK se odvija s najvećom preciznošću, što je osigurano principom komplementarnosti. Nove molekule DNK su apsolutno identične kopije originalne, a nakon što je proces duplikacije završen, ostaju povezane na centromeri. Zovu se molekule DNK koje čine dio hromozoma nakon reduplikacije hromatide.
Preciznost procesa reduplikacije sadrži duboko biološko značenje: kršenje kopiranja dovelo bi do izobličenja nasljednih informacija i, kao posljedicu, do poremećaja u funkcioniranju ćelija kćeri i cijelog organizma u cjelini.
Ako ne bi došlo do duplikacije DNK, onda bi se sa svakom diobom stanice broj hromozoma prepolovio i vrlo brzo u svakoj ćeliji ne bi bilo hromozoma. Međutim, znamo da je u svim stanicama tijela višećelijskog organizma broj hromozoma isti i da se ne mijenja iz generacije u generaciju. Ova konstantnost se postiže mitotskom diobom ćelija.
Mitoza. Podjela, tokom koje postoji striktno identična raspodjela tačno kopiranih hromozoma između ćelija kćeri, čime se osigurava formiranje genetski identičnih - identičnih - ćelija naziva se mitoza.
Podjela ćelije. Mitoza" class="img-responsive img-thumbnail">
Rice. 57. Faze mitoze
Cijeli proces mitotičke diobe konvencionalno je podijeljen u četiri faze različitog trajanja: profaza, metafaza, anafaza i telofaza (slika 57).
IN profaza kromosomi počinju aktivno spiralno - uvijati se i dobivati kompaktan oblik. Kao rezultat takvog pakiranja, čitanje informacija iz DNK postaje nemoguće i sinteza RNK se zaustavlja. Spiralizacija hromozoma je preduslov za uspešnu podelu genetskog materijala između ćelija kćeri. Zamislite malu sobu, čiji je čitav volumen ispunjen sa 46 niti, čija je ukupna dužina stotinama hiljada puta veća od veličine ove sobe. Ovo je srž ljudska ćelija. Tokom procesa reduplikacije, svaki hromozom se udvostručuje i već imamo 92 upletena niti u istom volumenu. Gotovo ih je nemoguće ravnopravno razdvojiti, a da se ne zapetljaju ili pokidaju. Ali namotajte ove niti u kuglice i lako ih možete rasporediti u dvije jednake grupe - po 46 loptica u svakoj. Nešto slično se dešava tokom mitotičke diobe.
Pred kraj profaze, nuklearna membrana se raspada, a filamenti vretena, aparata koji osigurava ravnomjernu raspodjelu hromozoma, protežu se između polova ćelije.
IN metafaza spiralizacija hromozoma postaje maksimalna, a kompaktni hromozomi se nalaze u ekvatorijalnoj ravni ćelije. U ovoj fazi, jasno je vidljivo da se svaki hromozom sastoji od dvije sestrinske hromatide povezane na centromeri. Filamenti vretena su pričvršćeni za centromeru.
Anafaza odvija veoma brzo. Centromere se dijele na dva dijela i od tog trenutka sestrinske hromatide postaju nezavisni hromozomi. Niti vretena pričvršćeni za centromere vuku hromozome prema polovima ćelije.
Na sceni telofazećerki hromozomi, skupljeni na polovima ćelije, odmotaju se i rastežu. Oni se ponovo pretvaraju u hromatin i teško ih je vidjeti pod svjetlosnim mikroskopom. Nove nuklearne membrane formiraju se oko hromozoma na oba pola ćelije. Formiraju se dvije jezgre koje sadrže identične diploidne skupove hromozoma.
Rice. 58. Podjela citoplazme u životinjskim (A) i biljnim (B) stanicama
Mitoza se završava podjelom citoplazme. Istovremeno s divergencijom hromozoma, ćelijske organele su približno ravnomjerno raspoređene na dva pola. U životinjskim ćelijama stanične membrane počinje da se izboči prema unutra, a ćelija se deli suženjem (slika 58). U biljnim ćelijama membrana se formira unutar ćelije u ekvatorijalnoj ravni i, šireći se na periferiju, deli ćeliju na dva jednaka dela.
Značenje mitoze. Kao rezultat mitoze nastaju dvije kćerke ćelije koje sadrže isti broj hromozoma koliko ih je bilo u jezgru matične ćelije, odnosno formiraju se ćelije identične matičnoj. U normalnim uslovima, nema promena u genetskim informacijama tokom mitoze, tako da se mitotička podela održava genetska stabilnostćelije. Mitoza je osnova rasta, razvoja i vegetativne reprodukcije višećelijskih organizama. Zahvaljujući mitozi, odvijaju se procesi regeneracije i zamjene umirućih ćelija (Sl. 59). Kod jednoćelijskih eukariota mitoza osigurava aseksualnu reprodukciju.
Rice. 59. Značenje mitoze: A – rast (vrh korena); B – vegetativno razmnožavanje (pupanje kvasca); B – regeneracija (rep guštera)
Pregledajte pitanja i zadatke
1. Šta je životni ciklus ćelije?
2. Kako dolazi do duplikacije DNK u mitotičkom ciklusu? Objasnite biološko značenje ovog procesa.
3. Kako se ćelija priprema za mitozu?
4. Opišite redom faze mitoze.
5. Napravite dijagram koji ilustruje biološki značaj mitoza
Razmisli! Učini to!
1. Objasnite zašto se završetak mitoze – podjela citoplazme odvija različito u životinjskim i biljnim stanicama.
2. Koje ćelije biljnog tkiva se aktivno dijele i stvaraju sva ostala biljna tkiva?
Rad sa računarom
Pogledajte elektronsku aplikaciju. Proučite materijal i ispunite zadatke.
Interfaza. Faza pripreme ćelije za diobu naziva se međufaza Podijeljen je na nekoliko perioda.
Presintetički period(G1) je najduži period ćelijskog ciklusa, koji se javlja nakon ćelijske diobe (mitoza). Broj hromozoma i sadržaj DNK – 2 n 2With. U različitim tipovima ćelija G1 period može trajati od nekoliko sati do nekoliko dana. U tom periodu u ćeliji se aktivno sintetiziraju proteini, nukleotidi i sve vrste RNK, dijele se mitohondriji i proplastidi (kod biljaka), formiraju se ribozomi i sve jednomembranske organele, povećava se volumen ćelije, akumulira se energija, i pripreme za replikaciju DNK su u toku.
Sintetički period(S) je najvažniji period u životu ćelije, tokom kojeg dolazi do udvostručavanja (reduplikacije) DNK. Trajanje S perioda je od 6 do 10 sati. Istovremeno, postoji aktivna sinteza histonskih proteina koji čine hromozome i njihova migracija u jezgro. Do kraja perioda, svaki hromozom se sastoji od dvije sestrinske hromatide povezane jedna s drugom na centromeri. Dakle, broj hromozoma se ne mijenja (2 n), a količina DNK se udvostručuje (4 With).
Postsintetički period(G2) se javlja nakon što je duplikacija hromozoma završena. Ovo je period pripreme ćelije za podelu. Traje 2-6 sati. U ovom trenutku, energija se aktivno akumulira za nadolazeću diobu, sintetiziraju se proteini mikrotubula (tubulini) i regulatorni proteini koji pokreću mitozu.
Oblici mitoze. U prirodi postoji nekoliko varijanti mitotičke diobe stanica.
Simetrična mitoza. Najčešći oblik mitoze u prirodi, koji rezultira dvije identične ćelije.
Asimetrična mitoza. Mitoza, u kojoj postoji neravnomjerna raspodjela citoplazme između stanica kćeri ili neravnomjerna raspodjela posebnih proteina - faktori diferencijacije koji određuju dalju sudbinu stanice nakon diobe.
Zatvorena mitoza . Kod nekih cilijata, algi i gljiva dolazi do mitoze bez uništavanja nuklearne membrane. U tom slučaju, vreteno se može nalaziti unutar posebnog kanala koji se formira u jezgru. Molekularni mehanizmi Zatvorena mitoza još nije dovoljno dobro proučena.
Amitoza. Amitoza, ili direktna dioba, je dioba ćelije bez formiranja diobenog vretena. Interfazno jezgro podijeljeno je suženjem na dva dijela. U ovom slučaju, genetski materijal nije ravnomjerno raspoređen između dvije kćeri ćelije. Najčešće se amitoza javlja u ćelijama visokospecijalizovanih tkiva koja više ne moraju da se dele, tokom starenja, degeneracije tkiva i u ćelijama malignih tumora.
Treba napomenuti da trenutno većina naučnika vjeruje da su svi fenomeni koji se pripisuju amitozi opisi određenih patoloških procesa ili rezultat netačne interpretacije nedovoljno dobro pripremljenih mikroslajdova. Međutim, neke varijante nuklearne diobe u eukariotskim stanicama ne mogu se pripisati ni mitozi ni mejozi. Ovo je, na primjer, podjela makronukleusa mnogih cilijata, koja se događa bez formiranja fisijskog vretena.
Ponovite i zapamtite!
Biljke
Edukativne tkanine.Ćelije specijalizovanih biljnih tkiva (pokrovnih, mehaničkih, provodnih) nisu sposobne za deobu. Dakle, biljka mora imati tkiva čija je jedina funkcija stvaranje novih ćelija. Mogućnost rasta biljaka ovisi samo o njima. To su obrazovna tkiva, ili meristemi (od grč. meristos– djeljivo).
Obrazovna tkiva, ili meristemi, sastoje se od malih ćelija tankih stijenki velikih jezgara koje sadrže proplastide, mitohondrije i male vakuole, koje se praktički ne razlikuju pod svjetlosnim mikroskopom. Meristemi osiguravaju rast biljaka i formiranje svih drugih vrsta tkiva. Njihove ćelije se dijele mitozom. Nakon svake diobe, jedna od sestrinskih stanica zadržava svojstva majke, dok druga ubrzo prestaje da se dijeli i počinje početne faze diferencijacije, formirajući potom ćelije određenog tkiva.
Obrazovna tkiva u biljnom tijelu nalaze se u različitim mjestima, te se stoga dijele u nekoliko grupa.
Apical (apical) meristemi. Nalaze se na vrhovima aksijalnih organa - stabljike i korijena, osiguravajući rast ovih organa u dužinu. Kako dolazi do grananja, svaki novi bočni izdanak ili korijen razvijaju svoje apikalne meristeme.
Lateralni (bočno) meristemi. Osiguravaju zadebljanje aksijalnih organa. Ovo je kambij, karakterističan za golosemenke i dvosupne biljke, i felogen, koji čini pokrivno tkivo - pluto, ili felem.
Insert (interkalarni) meristemi. Nalaze se u donjem dijelu internodija stabljike žitarica i u podnožju mladih listova, osiguravajući rast ovih organa. Kako područje lista ili stabljike završi rast, interkalarni meristem se pretvara u trajno tkivo.
| <<< Назад
|
Naprijed >>> |