Дистанційне навчання. Клітинний цикл еукаріотів.Матеріал для учнів 10 класу.Опрацювати.Скласти опорний конспект.

 

ЖИТТЄВИЙ ЦИКЛ КЛІТИНИ. ПОДІЛ КЛІТИНИ.

МОРФОЛОГІЯ ХРОМОСОМ.

Клітини організму зазнають дії різних шкідливих факторів, зношуються і старіють. Тому кожна окрема клітина в кінцевому результаті повинна загинути. Щоб організм продовжував жити, він повинен продукувати нові клітини з тією ж швидкістю, з якою гинуть старі. Тому поділ клітини - це обов'язкова умова життя для всіх живих організмів.

Одним з основних типів поділу клітин є мітоз. Мітоз - це такий поділ ядра клітини, коли утворюються дві дочірні клітини з набором хромосом, який має материнська клітина. За поділом ядра проходить поділ цитоплазми. Мітотичний поділ призводить до збільшення числа клітин, що забезпечує процеси росту, регенерації і заміщення клітин у всіх вищих тварин і рослин. В одноклітинних організмів мітоз є механізмом безстатевого розмноження.

Схема мітотичного поділу клітин

Хромосоми виконують головну роль у процесі поділу клітин, оскільки забезпечують передачу спадкової інформації і беруть участь у регуляції метаболізму клітин.

Послідовність процесів, які перебігають між утворенням клітини та її поділом на дочірні клітини називають клітинним циклом. В інтерфазі циклу подвоюється кількість ДНК у хромосомах.

Мітоз забезпечує генетичну стабільність наступних поколінь клітин.

У житті клітини розрізняють життєвий цикл і клітинний цикл.

Життєвий цикл значно довший - це період від утворення клітини внаслідок поділу материнської клітини і до наступного поділу або до загибелі кліти­ни. Впродовж життя клітини ростуть, диференціюються, виконують специфічні функції.

Клітинний цикл значно коротший. Це власне процес підготовки до поділу (інтерфаза) і сам поділ (мітоз). Тому цей цикл називають ще мітотичним.

Така періодизація (на життєвий і мітотичний цикл) досить умовна, оскільки життя клітини - безперерв­ний, неподільний процес. Так, в ембріональний пері­од, коли клітини швидко діляться, життєвий цикл співпадає з клітинним (мітотичним). Після диференці­ювання клітин, коли кожна з них виконує специфічну функцію, життєвий цикл триваліший від мітотичного.

Клітинний цикл складається з інтерфази, мітозу і цитокінезу. Тривалість клітинного цик­лу в різних організмів різна.

Клітинний цикл еукаріотичної клітини

Інтерфаза - це підготовка клітини до поділу, на її частку припадає 90 % всього клітинного циклу. На цій стадії відбуваються найбільш активні мета­болічні процеси. Ядро має гомогенний вигляд — воно заповнено тонкою сіткою, яка складається з пере­плетених між собою досить довгих і тонких ниток -хромонем. Ядро відповідної форми, оточене двоша­ровою ядерною мембраною з порами діаметром близько 40 мкм. В інтерфазному ядрі проходить підготовка до поділу. Інтерфазу поділяють на певні періоди: G, - період, який передує реплікації ДНК; S - період реплікації ДНК; G₂ - період з моменту закінчення реплікації до початку мітозу. Тривалість кожного періоду можна визначити, скориставшись методом радіоавтографії.

Періодизація інтерфази клітинного циклу

Пресинтетичний період (G₁ - від. англ. gap - інтер­вал) настає зразу за поділом. Тут відбуваються такі біохімічні процеси: синтез макромолекулярних спо­лук, необхідних для побудови хромосом і ахрома-тинового апарату (ДНК, РНК, гістонів та інших білків), зростає кількість рибосом і мітохондрій, відбувається накопичення енергетичного матеріа­лу для здійснення структурних перебудов і склад­них рухів під час поділу. Клітина інтенсивно росте і може виконувати свою функцію. Набір генетично­го матеріалу буде 2п2с.

У синтетичному періоді (S) подвоюється ДНК, кожна хромосома внаслідок реплікації створює собі подібну структуру. Проходить синтез РНК і білків, мітотичного апарату і точне подвоєння центріоль. Вони розходяться в різні боки, утворюючи два по­люси. Набір генетичного матеріалу складає 2п4с.

Далі настає післясинтетичний період (G₂) - клітина запасається енергією. Синтезуються білки ахроматинового веретена, йде підготовка до міто­зу. Генетичний матеріал складає 2n4с.

Після досягнення клітиною певного стану: нако­пичення білків, подвоєння кількості ДНК та ін. вона готова до поділу - мітозу.

Мітоз

Мітоз. Мітоз настає після інтерфази і умовно поділяється на такі фази: 1) профаза, 2) метафаза, 3) анафаза, 4) телофаза.

Фази мітозу: 1,2,3 –профаза; 4,5 – метафаза; 6 – анафаза; 7,8 – телофаза.

Профаза - початкова фаза мітозу. Характеризується тим, що ядро збільшується в розмірах, і з хромати-нової сітки, в результаті спіралізації і вкорочення, хромосоми з довгих, тонких, невидимих ниток на­прикінці профази стають короткими, товстими і роз­міщуються у вигляді видимого клубка. Хромосоми скорочуються, стовщуються і складаються з двох половинок — хроматид. Хроматиди обвиваються одна навколо одної, утримуються попарно за допо­могою центромери. Профаза завершується зникнен­ням ядерця, центріолі розходяться до полюсів з ут­воренням фігури веретена. З білка тубуліну форму­ються мікротрубочки - нитки веретена. Внаслідок розчинення ядерної мембрани хромосоми розміщу­ються в цитоплазмі. До центромер прикріплюють­ся нитки веретена з обох полюсів.

Метафаза розпо­чинається рухом хромосом у напрямку до екватора. Поступово хромосоми (кожна складається з двох хроматид) розміщуються у площині екватора, ут­ворюють так звану метафазну пластинку. У тва­ринних клітинах на полюсах навколо центріоль помітні зірчастоподібні фігури. У цій фазі можна підрахувати число хромосом у клітині. Набір гене­тичного матеріалу становить 2n4с.

Метафазну пластинку використовують у цитогенетичних дослідженнях для визначення числа і форми хромосом.

В анафазі сестринські хроматиди відходять одна від одної. Всі центромери діляться одночасно. Кожна хро­матида з окремою центромерою стає дочірньою хромосомою і по нитках вере­тена починає рухатися до одного з полюсів. Набір генетичного матеріалу - 2n2с.

Телофаза - заключна стадія мітозу. Хромосоми, які досягли полюсів, складаються з однієї нитки, стають тонкими, довгими і невидимими у світловий мікроскоп. Вони зазнають деспіралізації, утворюють сітку інтерфазного ядра. Формується ядерна оболонка, з'являється ядерце. У цей час зникає мітотичний апарат і відбувається цитокінез - розділення цитоплазми з утворенням двох дочірніх клітин. Набір генетичного матеріалу складає 2n2с.

Частота мітозу в різних тканинах та в різних організмах різко відмінна. Наприклад, у червоному кістковому мозку людини щосекунди відбувається 10 млн. мітозів. На даний час точно не відомо, які фактори спонукають клітину до мітозу, але вважають, що в цьому суттєву роль відіграє співвідношення об'ємів ядра і цитоплазми (ядерно-цитоплазматичне співвідношення). Збільшення об'єму клітини пов'язане із синтезом білків, нуклеїнових кислот, ліпідів та інших хімічних компонентів клітини. Тому настає момент, коли поверхня ядра є недостатньою для забезпечення обміну речовин між ядром та цитоплаз­мою, необхідних для подальшого росту. Поділ клітини значно збільшує поверхню як самої клітини, так і її ядра, не збільшуючи при цьому їх об'єму; тому вважають, що фактор, який обмежує ядерно-цитоплазматичне співвідношення, якимось чином спо­нукає клітину до мітотичного поділу.

Біологічне значення мітозу. Мітоз – найбільш поширений спосіб репродукції клітин тварин, рослин, найпростіших. Це основа росту і вегетативного роз­множення всіх еукаріотів - організмів, які мають ядро. Основна його роль полягає у точному відтворенні клітин, забезпеченні рівномірного розподілу хромосом материнської клітини між виникаючими з неї двома дочірніми клітинами і підтриманні сталості числа і форми хромосом у всіх клітинах рослин і тварин.

Мітоз сприяє росту організму в ембріональному і постембріональному періодах, копіюванню генетичної інформації і утворенню генетично рівноцінних клітин. Тому організми, які розмножуються вегетативно (гриби, водорості, найпростіші, багато рослин) утворюють велику кількість ідентичних особин, або клонів. Клонування можливе в деяких багатоклітинних, здатних відновлювати цілий організм із частини тіла: кишковопорожнин­них, червів. Клонування хребетних відбувається тільки на ранніх стадіях ембріогенезу. Так, у тва­рин і людини утворюються монозиготні близнюки з однієї заплідненої яйцеклітини внаслідок її мітотичного розділення. За рахунок мітозу всі функціональ­но застарілі клітини організму замінюються нови­ми. Цей поділ лежить в основі процесу регенерації -відновлення втрачених тканин.

Амітоз. Амітоз відбувається шляхом поділу ядра, а згодом і цитоплазми. Під час амітозу ядерце видовжується, перешнуровується, а потім витягується і ядро. У деяких випадках в ядрі виникає перегородка, що ділить його на дві частини. Поділ ядра іноді супроводжується поділом цитоплазми.

Амітотичний поділ

Розрізняють кілька форм амітозу: рівномірний, коли утворюється два рівних ядра; нерівномірний, коли утворюються нерівні ядра; фрагментація, коли ядро розпадається на багато дрібних ядер однако­вої або різної величини.

Таким чином, амітоз - це поділ, що відбувається без спіралізації хромосом і без утворення веретена поділу. Чи відбувається попередній синтез ДНК пе­ред початком амітозу і як вона розподіляється між дочірніми ядрами - невідомо. Амітоз - це своєрідний тип поділу, що іноді спо­стерігається при нормальній життєдіяльності кліти­ни, а здебільшого при порушеннях функції, часто під впливом опромінення чи дії інших шкідливих чин­ників. Він властивий високодиференційованим кліти­нам. Амітоз у порівнянні з мітозом зустрічається рідше і відіграє другорядну роль у клітинному поді­лі переважної більшості живих організмів.

Амітотичний поділ тваринної клітини:

1- ядро; 2 – цитоплазма; 3 – перешнутовка ядра; 4 – цитотомія; 5 – двохядерна клітина.

Багатьом тваринним клітинам для того, щоб вижити і проліферувати, необхідні незначні кількості (приблизно 10¹⁰ моль/л) специфічних факторів рос­ту, причому клітинам різного типу потрібні різні фак­тори чи їх сполучення. Факторами росту можуть бути білки або невеликі молекули типу пептидів чи стероїдів. Усі відомі на сьогодні поліпептидні фактори росту можуть бути класифіковані як декілька суперсімейств, які об'єднують речовини, близькі за первинною структурою:

1) суперсімейство інсуліно-подібних факторів росту (інсулін, проінсулін, релаксин та ін.);

2) суперсімейство епідермальних факторів росту;

3) суперсімейство бомбезину (бомбезин, літорин, нейротензин);

4) суперсімейство факторів росту фібробластів (ФРФ);

5) суперсімейство транс-формувальних факторів росту;

6) суперсімейство факторів росту тромбоцитів (ФРТ);

7) цитокіни.

Через відсутність чітко охарактеризованих оз­нак і властивостей багатьох біологічно активних речовин, що здатні модулювати клітинний ріст, і знач­ною мірою завдяки їх поліфункціональності, поки що складно дати кінцеве визначення терміну "фактор росту". Найчастіше під фактором росту розуміють поліпептиди, які, зв'язуючись із специфічними ре­цепторами в плазматичній мембрані клітини-мішені, здійснюють певну регуляторну дію. Зважаючи на ці ознаки, до факторів росту можна також віднести інтерлейкіни, інтерферони, фактори некрозу пухлин (ФНП) та деякі інші поліпептиди, що беруть участь в регуляції клітинної проліферації.