Клеточный цикл

Клеточный цикл – это период жизни клетки от одного деления до другого. Состоит из интерфазы и периодов деления. Продолжительность клеточного цикла у разных организмов разная (у бактерий – 20-30 мин, у клеток эукариот – 10-80 ч).

Интерфаза

Интерфаза (от лат. inter – между, phases – появление) – это период между делениями клетки или от деления до ее гибели. Период от деления клетки до ее гибели характерен для клеток многоклеточного организма, которые после деления утратили способность к нему (эритроциты, нервные клетки и т. п.). Интерфаза занимает приблизительно 90 % времени клеточного цикла.

Интерфаза включает:

1) пресинтетический период (G₁) – начинаются интенсивные процессы биосинтеза, клетка растет, увеличивается в размерах. Именно в этом периоде до смерти остаются клетки многоклеточных организмов, которые утратили способность к делению;

2) синтетический (S) – происходит удвоение ДНК, хромосом (клетка становится тетраплоидной), удваиваются центриоли, если они есть;

3) постсинтетический (G₂) – в основном прекращаются процессы синтеза в клетке, происходит подготовка клетки к делению.

Деление клетки бывает прямым (амитоз) и непрямым (митоз, мейоз).

Амитоз

Амитоз – прямое деление клеток, при котором не образуется аппарат деления. Ядро делится вследствие кольцевой перетяжки. Не происходит равномерного распределения генетической информации. В природе амитозом делятся макронуклеусы (большие ядра) инфузорий, клетки плаценты у млекопитающих. Амитозом могут делиться клетки раковых опухолей.

Непрямое деление связано с образованием аппарата деления. В аппарат деления входят компоненты, которые обеспечивают равномерное распределение хромосом между клетками (веретено деления, центромеры, если есть – центриоли). Деление клетки условно можно разделить на деление ядра (кариокинез) и деление цитоплазмы (цитокинез). Последний начинается к концу деления ядра. Наиболее распространены в природе митоз и мейоз. Иногда встречается эндомитоз – непрямое деление, которое происходит в ядре без разрушения его оболочки.

Митоз

Митоз – это непрямое деление клетки, при котором из материнской образуются две дочерние клетки с идентичным набором генетической информации.

Фазы митоза:

1) профаза – происходит уплотнение хроматина (конденсация), хроматиды спирализируются и укорачиваются (становятся заметными в световой микроскоп), исчезают ядрышки и ядерная оболочка, образуется веретено деления, его нити прикрепляются к центромерам хромосом, центриоли делятся и расходятся к полюсам клетки;

2) метафаза – хромосомы максимально спирализированы и располагаются вдоль экватора (в экваториальной пластинке), гомологичные хромосомы лежат рядом;

3) анафаза – нити веретена деления сокращаются одновременно и растягивают хромосомы к полюсам (хромосомы становятся однохроматидными), самая короткая фаза митоза;

4) телофаза – хромосомы деспирализируются, образуются ядрышки, ядерная оболочка, начинается деление цитоплазмы.

Митоз характерен преимущественно для соматических клеток. Благодаря митозу сохраняется постоянство числа хромосом. Способствует увеличению числа клеток, поэтому наблюдается при росте, регенерации, вегетативном размножении.

Мейоз

Мейоз (от греч. мейозис – уменьшение) – это непрямое редукционное деление клетки, при котором из материнской образуются четыре дочерние, располагающие неидентичной генетической информацией.

Различают два деления: мейоз I и мейоз II. Интерфаза I сходна с интерфазой перед митозом. В постсинтетическом периоде интерфазы процессы синтеза белка не прекращаются и продолжаются в профазе первого деления.

Мейоз I:

– профаза I – хромосомы спирализируются, ядрышко и ядерная оболочка исчезают, образуется веретено деления, гомологичные хромосомы сближаются и слипаются вдоль сестринских хроматид (как молния в замке) – происходит конъюгация, при этом образуются тетрады, или биваленты, образуется перекрест хромосом и обмен участками – кроссинговер, потом гомологичные хромосомы отталкиваются одна от другой, но остаются сцепленными в участках, где состоялся кроссинговер; процессы синтеза завершаются;

– метафаза I – хромосомы располагаются вдоль экватора, гомологичные –двухроматидные хромосомы располагаются одна напротив другой по обе стороны экватора;

– анафаза I – нити веретена деления одновременно сокращаются, растягивают по одной гомологичной двухроматидной хромосоме к полюсам;

– телофаза I (если есть) – хромосомы деспирализируются, образуются ядрышко и ядерная оболочка, происходит распределение цитоплазмы (клетки, которые образовались, гаплоидны).

Интерфаза II (если есть): не происходит удвоения ДНК.

Мейоз II:

– профаза II – уплотняются хромосомы, исчезают ядрышко и ядерная оболочка, образуется веретено деления;

– метафаза II – хромосомы располагаются вдоль экватора;

– анафаза II – хромосомы при одновременном сокращении нитей веретена деления расходятся к полюсам;

– телофаза II – деспирализируются хромосомы, образуются ядрышко и ядерная оболочка, делится цитоплазма.

Мейоз происходит перед образованием половых клеток. Позволяет при слиянии половых клеток сохранять постоянство числа хромосом вида (кариотип). Обеспечивает комбинативную изменчивость.

Источник: xn—-9sbecybtxb6o.xn--p1ai

Интерфаза

Период клеточного роста называется » интерфаза «.

Обычно интерфаза занимает не меньше 90% времени всего клеточного цикла. Например, у быстро делящихся клеток высших эукариот последовательные деления происходят один раз в 16-24 часа, и каждая фаза М длится 1-2 часа. Большая часть компонентов клетки синтезируется на протяжении всей интерфазы, это затрудняет выделение в ней отдельных стадий ( Pardee, 1978 ; Yanishevsky, 1981 ). Однако в интерфазе выделяют фазу G{ l1}l, фазу S и фазу G{ l2}l. Период интерфазы, когда происходит репликация ДНК клеточного ядра, был назван «фаза S » (от слова synthesis).

Период между фазой М и началом фазы S обозначен как фаза G{l1}l (от слова gap — промежуток), а период между концом фазы S и последующей фазой М — как фаза G{ l2}l. Во время G{l1}l-фазы возобновляются интенсивные биосинтетические процессы, резко замедленные во время клеточного деления.

После прохождения точки рестрикции R в поздней G{l1}l-фазе клетки переходят в S-фазу — фазу ДНК синтеза( Robbins, 1968 ; Vorobjev, 1982 ; Hartwell, 1981 ; Byers, 1981 ; Huberman, 1968 ; Hand, 1978 ).

Фаза G{ l2}l нужна для подготовки клеток к митозу( Johnson, 1970; ; Bradbury, 1974 ; Isenberg, 1979 ) . См. далее Клетка: фаза G{l2}l

Длительность митотического цикла варьирует у разных организмов в широких пределах. Самые короткие клеточные циклы обнаружены у дробящихся яиц некоторых животных. Например, у золотой рыбки первые деления дробления совершаются через 20 мин (подробнее об этом в разделе индивидуальное развитие ). Довольно распространены митотические циклы длительностью 18-20 ч. Встречаются циклы, которые продолжаются несколько суток. Время от деления до деления клеток может значительно отличаться в пределах одного и того же организма. Так, при изучении длительности клеточных циклов эпителиальных клеток мыши выяснилось, что в двенадцатиперстной кишке эпителиальные клетки делятся каждые 11 ч, в тощей кишке — примерно через 19 ч, в роговице глаза — через 3 суток, а в кожном эпителии от деления до деления проходит больше 24 суток. Время, которое клетка тратит непосредственно на деление, составляет обычно 1-3 ч (эмбриональные митозы много короче). Таким образом, основную часть жизни клетки находятся в интерфазе. Название этой стадии возникло еще в прошлом веке, когда о деятельности клеток могли судить только по изменениям их морфологии, так как единственным инструментом исследования был световой микроскоп.
скольку заметные морфологические изменения клеток происходили во время деления, то к ним и было приковано внимание биологов, а период между делениями получил название промежуточного (лат. inter — между) или фазы покоя. Благодаря появлению современных методов изучения клетки — электронной микроскопии , авторадиографии , возможности измерять содержание различных внутриклеточных веществ — удалось установить, что в интерфазе происходят важнейшие события клеточной жизни, в частности удвоение хромосом.

Обычно интерфазу подразделяют на три периода: пресинтетический, синтетический и постсинтетический. Пресинтетический (Gi) период (англ. gap — интервал) следует непосредственно за делением. Как правило, это самый длительный период интерфазы ( рис. 61 ). В клетках эукариот он продолжается от 10 ч до нескольких суток. Во время него происходит подготовка клетки к удвоению хромосом: синтезируется РНК, образуются различные белки, в частности необходимые для образования предшественников ДНК. При этом увеличивается количество рибосом и поверхность шероховатой эндоплазматической сети, растет число митохондрий. Все это приводит к тому, что клетка интенсивно растет. В синтетическом (S) периоде продолжается синтез РНК и белков и одновременно происходит удвоение хромосом, в основе которого лежит процесс репликации ДНК .

Вновь синтезированная ДНК сразу же соединяется с хромосомными белками . Синтез ДНК продолжается несколько часов, обычно 6-10. По его окончании каждая хромосома оказывается удвоенной — состоящей из двух сестринских хроматид. В генетическом отношении хроматиды полностью идентичны друг другу, так как их ДНК состоит из одной материнской и второй вновь синтезированной цепи. Сестринские хроматиды тесно сближены и соединены в том районе хромосомы, который обеспечивает ее движение при делении клетки. Он называется центромерным районом хромосомы ( рис. 62 , рис. 63 ).

После полного удвоения хромосом наступает постсинтетический период (G2) . В это время клетка готовится к делению: синтезируются белки микротрубочек , которые во время митоза будут формировать веретено деления, запасается энергия. Продолжительность G2-периода меньше, чем у S- и Gi-периодов, и обычно составляет 3-6 ч.

Если содержание ДНК в гаплоидном наборе хромосом обозначить через С, то сразу после деления в диплоидной клетке имеется 2С-содержание ДНК, а по окончании синтетического периода в диплоидном (2n) наборе хромосом содержится 4С-количество ДНК. Необходимо подчеркнуть, что удвоение ДНК митохондрий и хлоропластов может не совпадать по времени с S-периодом: оно происходит независимо от синтеза ядерной ДНК.

Клетка: рост, период клеточного роста

Клеточный цикл: фазы

Источник: medbiol.ru

Интерфаза предшествует митозу, и функциональное содержание ее заключается в том, что в ней происходит синтез ДНК (рис. 58), причем ее длительность составляет не менее 90% в течение всего клеточного цикла. Различают три последовательных периода интерфазы, а именно: пресинтетический, синтетический и постсинтетический.[ …]

Интерфаза (а) и фазы митоза (б)

Во время интерфазы большая часть молекул ДНК находится в деспирализованном состоянии, но во время профазы митоза они становятся компактными и спирализованными, что происходит в результате изменений в связанных с ними белках, которые будут рассмотрены позднее (с. 449). После завершения митоза хромосомный материал деспирализуется и ядро входит в стадию интерфазы.[ …]

Продолжительность интерфазы в растительных и животных клетках колеблется от 10 до 20 ч. Собственно митоз осуществляется примерно в течение 1—2 ч и более, когда ядро претерпевает ряд сложных, но достаточно хорошо различимых изменений, заключающихся в формировании хромосом, а затем в их распределении между дочерними клетками.[ …]

Структура хромосом. В интерфазе хроматин обычно выявляется по периферии ядра растительной клетки или в виде сетчатых тяжей в его внутреннем пространстве.
некоторые периоды он может терять свою компактность, разрыхляться, деконден-сироваться, становясь диффузным. В интерфазном ядре при неполном разрыхлении хромосом видны участки конденсированного хроматина. Степень уменьшения плотности хроматина в интерфазе отражает функциональное состояние этой структуры. Максимальная его конденсация приводит к формированию компактных образований, получивших название митотических хромосом. Вначале они относительно инертны и отличаются от хроматина прежде всего плотностью упаковки составляющих их элементов.[ …]

Следовательно, в конце интерфазы каждая хромосома содержит по две хроматиды, состоящие из двух полухроматид (хромонем), из которых одна является исходной, оставшейся от предыдущего деления ядра, а другая — реплицированной (см. с. 85).[ …]

Локализация их в различных хромосомах неодинакова. Эухроматиновые участки хромосом во время интерфазы находятся в деспирализованном состоянии и вновь спирализуются в профазе следующего деления. Поскольку эти участки содержат основной комплекс генов, их считают активными зонами хромосом.[ …]

В профазу ядра входят после <32-периода интерфазы; после репликации ДНК в 5-периоде они содержат удвоенное ее количество по сравнению с исходным в брпериоде.[ ...]

Репликация молекулы ДНК, происходящая з интерфазе

Митотический цикл состоит из двух стадий — стадии покоя или интерфазы и стадии деления или митоза (от греч. mitos — нить), обозначаемого символом м. Термины «митоз» и «кариокинез» — синонимы. Интерфаза доступна для оценки качественно и количественно, точно так же Доступен для измерения и митоз. В частности, для измерения интенсивности количества митозов используют так называемый митотический индекс, под которым понимают число митозов на 1000 клеток. Данные о митотическом индексе имеют важное практическое значение, особенно в медицинской практике (в оценке интенсивности регенерации органов, действия лекарственных веществ и т. д.).[ …]

Амитозом называется деление клетки, находящейся в состоянии интерфазы. К амитозу иногда относят все случаи немитотического деления клетки (рис. 66). При этом не происходит конденсации хромосом, распада ядерной оболочки и образования веретена деления; амитоз осуществляется при вытягивании ядра и его последующем делении на две части. Еще более неупорядоченное дробление ядра на два или более неидентичных комка получило название фрагментации; оно, безусловно, носит патологический характер. Однако между амитозом и фрагментацией резкой и принципиальной границы провести нельзя.[ …]

Движущая сила в процессе деления клетки — клеточный центр, расположенный в интерфазе чаще всего в центральной части клетки, вблизи ядра. Он принимает активное участие в митотическом делении, входя в состав ахроматинового (делительного) аппарата и определяя полюса делящейся клетки. Клеточный центр, являющийся одной из важнейших органелл клетки, состоит из одного или двух самореплицирующихся образований, называемых центриолями.[ …]

Жизненный цикл любой клетки, как правило, слагается из двух фаз: периода покоя (интерфазы) и периода деления, в результате которого образуются две дочерние клетки. Следовательно, с помощью клеточного деления, которому предшествует деление ядра, осуществляется рост отдельных тканей, а также всего организма в целом. В период деления ядро претерпевает ряд сложных упорядоченных изменений, в процессе которых исчезают ядрышко и оболочка ядра, а хроматин конденсируется и образует дискретные, легко идентифицируемые палочковидные тельца, названные хромосомами, число которых для клеток каждого вида постоянно. Ядро неделящейся клетки называют интерфазным; в этот период обменные процессы в нем проходят наиболее интенсивно.[ …]

Мейоз в сперматогенезе протекает в несколько стадий (фаз). Между делениями имеются две интерфазы. Процесс мейоза очень динамичен, поэтому микроскопические различия между разными стадиями отражают скорее не характер самих стадий, а скорее свойства хромосом на разных стадиях (рис. 82). Интерфаза I характеризуется тем, что в ней происходит репликация хромосом (удвоение ДНК), которая к началу ранней профазы I почти полностью завершается.[ …]

На рисунке 36 приведена схема, иллюстрирующая тесную связь между ядром и цитоплазмой в период интерфазы, а также связи, существующие между соседними клетками. На нем можно заметить, как внешний слой ядерной оболочки плавно переходит в мембрану эндоплазм этической сети, а внутренний тесно контактирует с периферическим хроматином ядра.[ …]

Применение разнообразных методов исследований показало, что как в митотической хромосоме, так и в хроматине интерфаз-ного ядра всегда обнаруживаются фибриллярные элементы. Полагают, что степень компактности их укладки может быть разной. Наивысшая плотность упаковки хромосомных фибрилл достигается в митотических хромосомах — наиболее компактных, конденсированных структурах. Воздействуя на изолированные ядра организмов протаминами, гистонами и ионами магния, можно вызвать спирализациЮ хромосом экспериментальным путем. Аналогичный эффект достигается при снижении pH среды; увеличение pH, наоборот, способствует деспирализации хромосом.[ …]

В приготовленных таким образом препаратах не менее, чем на 10 полях зрения подсчитывалось количество клеток в интерфазе, профазе, метафазе, анафазе и телофазе.[ …]

Пресинтетический период (G1), который часто называют еще первым интервалом (от англ. gap — интервал), является начальным периодом интерфазы. В этот период ДНК еще не синтезируется, однако происходит накопление РНК и белков, в том числе и белков, необходимых для синтеза ДНК. Увеличивается количество митохондрий. Обычно этот период длится 12-24 часа.[ …]

Телофаза I наступает с того момента, когда все гомологичные хромосомы разойдутся к противоположным полюсам. Наступает короткая интерфаза. В некоторых случаях после первого деления мейоза наступает длительная интерфаза, при которой хромосомы деспирализуются и образуется два ядра, разделенных клеточной стенкой; они представляют собой диаду клеток. Паузу между двумя делениями мейоза иначе еще называют интер-кинезом.[ …]

В стадии телофазы I хромосомы достигают полюсов, чем заканчивается первое мейотическое деление. После телофазы I наступает короткая интерфаза (интеркинез), в которой хромосомы деспи-рализуются и становятся диффузными, или телофаза I переходит прямо в профазу II второго мейотического деления. Ни в одном, ни в другом случае репликации ДНК не отмечается. После первого мейотического деления клетки называют сперматоцитами II порядка. Количество хромосом в каждой такой клетке снижается от 2п до п, но содержание ДНК еще не изменяется.[ …]

Период жизнедеятельности клетки, в котором происходят все процессы обмена веществ, называется жизненным циклом клетки. Клеточный цикл состоит из интерфазы и деления. Интерфаза — это период между двумя делениями клетки. Она характеризуется активными процессами обмена веществ, синтезом белка, РНК, накоплением питательных веществ клеткой, ростом и увеличением объема. К концу интерфазы происходит удвоение ДНК (репликация). В результате каждая хромосома содержит две молекулы ДНК и состоит из двух сестринских хроматид. Клетка готова к делению.[ …]

Весь процесс деления длится от нескольких минут до 3 ч, в зависимости от типа клеток и организма. Стадия деления клетки по времени в несколько раз короче ее интерфазы. Биологический смысл митоза заключается в обеспечении постоянства числа хромосом и наследственной информации, полной идентичности исходных и вновь возникающих клеток.[ …]

Сопоставление длительности отдельных фаз митоза у гаплоидов, диплоидов и тетраплоидов кукурузы показало, что продолжительность всего митотического цикла определяется длительностью интерфазы, возрастающей также в последовательности п->-2п- -4га. Отсюда можно полагать, что увеличение числа геномов оказывает влияние на продолжительность периода, необходимого для репликации ДНК.[ …]

Как происходит процесс деления, рассмотрим на примере более сложной эукариотической клетки. На каком-то этапе клеточного цикла клетка начинает подготовку к делению. Процесс деления клетки можно разделить на две основные стадии: интерфазу и митоз.[ …]

Каждая клетка осуществляет свою жизнедеятельность определенный промежуток времени. Этот период, в котором протекают все процессы обмена веществ и энергии, называют жизненным циклом клетки. Клеточный цикл состоит из двух основных периодов —интерфазы и деления. Стадия деления клетки изменяется от нескольких минут до 3 ч, а стадия интерфазы, т. е. существования клетки до следующего деления, естественно, продолжительнее. Наиболее распространенным способом деления клетки, а значит, обеспечения механизма самовоспроизведения на клеточном уровне является митоз. Сущность митоза заключается в образовании двух дочерних клеток, идентичных исходной материнской клетке. Биологический смысл митоза состоит в обеспечении постоянства числа хромосом и наследственной информации, полной идентичности исходных и вновь возникающих клеток, а значит, в поддержании идентичности вновь возникающих и обновляющихся в «клеточном» смысле живых организмов.[ …]

Совокупность всех преобразований, связанных с делением ядра, составляет м и тоти-ческий цикл, или митоз. У водорослей, как и у других растений, реорганизация ядра следует в строгой последовательности в несколько этапов (фаз). Всего различают 5 фаз: интерфаза, или состояние покоя (самая продолжительная по времени), профаза, метафаза, анафаза и телофаза. Изтелофазы ядро снова переходит в интерфазу.[ …]

При этом осаждается клеточный детрит и коагулируемый материал клеток хозяина. В результате центрифугирования экстракт, обработанный м-бута-нол — хлороформом, разделяется на две фазы, причем вирус остается в водной фазе, а основная часть денатурированного материала находится в интерфазе. Следует заметить, что, хотя некоторые вирусы устойчивы к обработке м-бутаиол — хлороформом, у других она может вызвать довольно серьезные потери. Обработка одним лишь хлороформом является более мягким приемом, чем обработка смосыо бутанол — хлороформ. Для некоторых вирусов эмульгирование экстракта из листьев с фторуглеродом (фреон-113) дает хорошее первоначальное осветление без серьезной потери инфекционное™ [423].[ …]

Деление клетки включает репликацию всех клеточных ор-гаиелл, из которых наиболее важной и наиболее изученной органеллой является ядро.; Последовательные деления ядра, включающие образование хромосом и процесс митоза, чередуются с периодами, когда ядро, по-видимому, находится в состоянии покоя, называемого интерфазой.[ …]

Центриоли — цитоплазматические органеллы, пока обнаруженные лишь в клетках животных и некоторых низших растений. Они .представляют собой центры, от которых во время митоза звездообразно расходятся нити веретена. Установлено, что в каждом центре имеются две центриоли, образующие диплоне-му, обычно видимую еще в интерфазе. Клеточный центр, входящий в состав митотического аппарата, наиболее развит в период мнтоза.[ …]

Когда гетерохроматин исследуют под электронным микроскопом, то отмечают, что он построен из плотноупакованных хрома-тиновых нитей диаметром 25 нм. Эухроматин составлен из менее плотноупакованных нитей, но такого же диаметра. Гетерохроматин сохраняется в высококонденсированной форме на протяжении всего клеточного деления, тогда как эухроматин менее конденсирован и невидим в интерфазе при исследовании хромосом в световом микроскопе. Имеющиеся данные показывают, что большинство исследованных генов эукариот локализовано в эухроматиновых (менее конденсированных) районах хромосом, тогда как гетерохроматин (высококонденсированный) генетически не активен.[ …]

Основная функция микрофиламентов заключается в обеспечении сократительных процессов клеток, в упрочении мембран. Для микротрубочек характерен ряд функций. Эти белки формируют структуру, которая образует микротрубочный «ансамбль». Их значение до конца не выяснено, но предположительно заключается в том, что они обеспечивают перемещение клеточных органелл, включая хромосомы, внутри клеток.[ …]

Эмбриональная фаза. Клетка возникает в результате деления вз другой эмбриональной клетки. Затем она несколько увеличивается главным образом за счет увеличения веществ протоплазмы, достигает размеров материнской клетки п снова делится. Таким образом эмбриональная фаза делится на два периода. Период между делениями в собственно деление клетки. Структура клетки в период между делениями (интерфаза) вмеет ряд особенностей: густая цитоплазма с хорошо развитой эндоплазматической сетью, каналы которой узкие, с малым количеством расширений (цистерн), мелкие вакуоли; большое количество рибосом, многие из которых свободно располагаются в цитоплазме и не прикреплены к мембранам эндоплазмати-ческой сети; митохондрий много, но они еще не достигли окончательного размера, с мало развитыми кристами и густым матриксом. Ядро относительно небольшого размера, с крупным ядрышком. Первичная клеточная оболочка пронизана плазмодесмами. В период между делениями в клетке идут интенсивные процессы обмена веществ — активный синтез белка, высокая интенсивность дыхании, сопровождаемая образованием АТФ. Именно в этот период в ядре клетки происходит самовоспроизведение ДИК. Если процесс самовоспроизведении ДНК почему-то приостановлен, деление клетки пе происходит. Таким образом основные синтетические и энергетические процессы в клетке происходят именно в период между делениями.[ …]

Источник: ru-ecology.info