Клітинний цикл. Інтерфаза. Амітоз. Мітоз та мейоз. Інтерфаза, види інтерфазів. Періоди аутосинтетичної інтерфази Поняття «мітотичний цикл»

Що таке інтерфаза? Термін походить від латинського слова "інтер", перекладається як "між", і грецька "фаза" - період. Це найважливіший період, під час якого клітина росте і накопичує поживні речовини, готуючись до наступного поділу. Інтерфаза займає більшу частину всього клітинного циклу, до 90% всього життя клітини посідає саме неї.

Що таке інтерфаза

Як правило, основна частина компонентів клітин нарощується на протяжності всієї фази, тому виділити в ній якісь окремі стадії досить складно. Тим не менш, біологи розділили інтерфазу на три частини, орієнтуючись на час реплікації в ядрі клітини.

Періоди інтерфази: фаза G(1), фаза S, фаза G(2). Пресинтетичний період (G1), назва якого походить від англійського gap, що перекладається як "інтервал", починається відразу після поділу. Це дуже тривалий період, що триває від десяти годин до кількох днів. Саме під час нього відбувається накопичення речовин та підготовка до подвоєння генетичного матеріалу: починається синтез РНК, утворюються необхідні білки.

Що таке інтерфаза у своєму останньому періоді? У пресинтетичній фазі зростає число рибосом, збільшується площа поверхні шорсткої ендоплазматичної мережі, а також з'являються нові мітохондрії. Клітина, споживаючи багато енергії, швидко зростає.

Клітини, що диференціювалися, більше не мають можливості ділитися, перебувають у фазі спокою, яка називається G0.

Головний період інтерфази

Незалежно від того, які процеси відбуваються в клітині в інтерфазі, кожна підфаз важлива для загальної підготовки до мітозу. Однак синтетичний період можна назвати переломною точкою, адже саме під час нього подвоюються хромосоми та починається безпосередня підготовка до поділу. РНК продовжує синтезуватися, але відразу ж поєднується з білками хромосом, починаючи реплікацію ДНК.

Інтерфаза клітини у цій частині триває від шести до десяти годин. У результаті кожна з хромосом подвоюється і складається з пари сестринських хроматид, які потім розійдуться по полюсах веретена поділу. У синтетичній фазі подвоюються центріолі, якщо вони, звичайно, є в клітині. У цей час хромосоми можна розглянути в мікроскоп.

Третій період

Генетично хроматиди абсолютно однакові, оскільки одна з них – материнська, а друга – реплікована за допомогою матричної РНК.

Як тільки відбулося повне подвоєння всього генетичного матеріалу, починається постсинтетичний період, що передує розподілу. Далі слід утворення мікротрубочок, з яких згодом буде формуватися веретено поділу, а хроматиди будуть розходитися по полюсах. Також запасається енергія, адже під час мітозу синтез поживних речовин знижується. Тривалість постсинтетичного періоду невисока, зазвичай триває лише кілька годин.

Контрольні точки

Під час клітина має пройти через своєрідні контрольні точки - важливі "відмітки", після яких вона переходить в іншу стадію. Якщо з якоїсь причини клітина не змогла пройти контрольну точку, то весь клітинний цикл завмирає, і наступна фаза не почнеться доти, доки не буде усунено проблем, які заважали пройти через контрольний пункт.

Є чотири основні точки, більшість із яких знаходяться якраз в інтерфазі. Перший контрольний пункт клітини проходить у пресинтетичній фазі, коли йде перевірка інтактності ДНК. Якщо все правильно, то починається синтетичний період. У ньому точка звіряння – це перевірка точності у реплікації ДНК. Контрольна точка в постсинтетичній фазі – це перевірка ушкоджень або упущень на двох попередніх точках. У цій фазі також перевіряється, наскільки повно відбулася реплікація та клітини. Ті, хто не пройшов цю перевірку, не допускаються до мітозу.

Проблеми в інтерфазі

Порушення нормального клітинного циклу може призвести не тільки до збоїв у мітозі, але й до утворення твердих пухлин. Більше того, це одна з основних причин їхньої появи. Нормальна течія кожної фази, як би коротка та не була, визначає успішне завершення наступних етапів та відсутність неполадок. Пухлинні клітини мають зміни в точках звіряння клітинного циклу.

Наприклад, у клітині з пошкодженою ДНК не настає синтетичний період інтерфази. Виникають мутації, у яких відбувається втрата чи зміни у генах білка р53. У клітинах немає блокада клітинного циклу, і мітоз починається достроково. Підсумком подібних неполадок стає велика кількість клітин-мутантів, більшість з яких є нежиттєздатними. Однак ті, що можуть функціонувати, дають початок злоякісним клітинам, які можуть дуже швидко ділитись за рахунок скорочення або відсутності фази відпочинку. Характеристика інтерфази сприяє тому, що злоякісні пухлини, що складаються з мутантних клітин, мають можливість ділитися так швидко.

Тривалість інтерфази

Наведемо кілька прикладів того, наскільки більше у житті клітини займає період інтерфази порівняно з мітозом. В епітелії тонкого кишечника звичайних мишей "фаза відпочинку" займає щонайменше дванадцять годин, а сам мітоз триває від 30 хвилин до години. Клітини, що становлять корінець кінських бобів, діляться раз на 25 годин, причому фаза М (мітоз) триває близько півгодини.

Що таке інтерфаза для життєдіяльності клітини? Це найважливіший період, без якого неможливий був би не лише мітоз, а й клітинна життєдіяльність загалом.

Серед усіх цікавих і досить складних тем у біології варто виділити два процеси поділу клітин в організмі. мейоз та мітоз. Спочатку може здатися, що ці процеси однакові, оскільки в обох випадках відбувається розподіл клітин, але насправді між ними існує велика різниця. Насамперед, потрібно розібратися з мітозом. Що цей процес являє собою, що таке інтерфаза мітозу і яку роль вони грають в людському організмі? Докладніше про це і йтиметься у цій статті.

Складний біологічний процес, який супроводжується розподілом клітин та розподілом хромосом між цими клітинами – все це можна сказати про мітоз. Завдяки йому між дочірніми клітинами організму рівномірно розподіляються хромосоми, в яких міститься ДНК.

Існує 4 основні фази процесу мітозу. Всі вони пов'язані між собою, оскільки фази плавно переходять із однієї на іншу. Поширеність мітозу в природі обумовлена тим, що саме він бере участь у процесі розподілу всіх клітин, серед яких м'язові, нервові тощо.

Коротко про інтерфаз

Перед потраплянням у стан мітозу клітина, яка розділяється, перетворюється на період інтерфази, тобто зростає. Тривалість інтерфази може тривати понад 90% всього часу активності клітини у звичайному режимі.

Інтерфаза ділиться на 3 основні періоди:

фаза G1;
S-фаза;
фаза G2.

Усі вони проходять у певній послідовності. Розглянемо кожну із цих фаз окремо.

Інтерфаза - основні складові (формула)

Фаза G1

Цей період характеризується підготовкою клітини до поділу. Вона збільшується в обсягах подальшої фази синтезу ДНК.

S-фаза

Це наступний етап у процесі інтерфази, у якому відбувається розподіл клітин організму. Як правило, синтез більшості клітин відбувається на невеликий проміжок часу. Після поділу клітини не збільшуються у розмірах, а починається остання фаза.

Фаза G2

Фінальний етап інтерфази, протягом якого клітини продовжують синтезувати білки, збільшуючись у розмірах. У цей період у клітині, як і раніше, є нуклеоли. Також в останній частині інтерфази відбувається дублювання хромосом, а поверхня ядра тим часом покривається спеціальною оболонкою, що має захисну функцію.

На замітку!По завершенню третьої фази настає мітоз. Він також включає кілька стадій, після яких відбувається розподіл клітини (цей процес у медицині називається цитокінезом).

Стадії мітозу

Як ми вже відзначали раніше, мітоз ділиться на 4 стадії, але іноді їх може бути і більше. Нижче представлені основні їх.

Таблиця. Опис основних фаз мітозу.

Назва фази, фото	Опис
	Під час профази відбувається спіралізація хромосом, внаслідок чого вони набувають скрученої форми (вона більш компактна). Зупиняються всі синтетичні процеси у клітині організму, тому рибосоми не виробляються.
	Багато фахівців не виділяють прометафазу як окрему фазу мітозу. Нерідко всі процеси, що у ній відбуваються, відносять до профази. У цей період цитоплазма огортає хромосоми, які вільно переміщаються клітиною до певного моменту.
	Наступна фаза мітозу, що супроводжується розподілом на екваторіальній площині конденсованих хромосом. У цей період відбувається оновлення мікротрубочок на постійній основі. При метафазі хромосоми розташовані так, що їх кінетохори знаходяться в іншому напрямку, тобто спрямовані до протилежних полюсів.
	Ця фаза мітозу супроводжується відділенням хроматид кожної з хромосом один від одного. Наростання мікротрубочок припиняється, вони тепер починають розумітися. Анафаза триває недовго, але за цей проміжок часу клітини встигають розійтися ближче до різних полюсів приблизно в рівній кількості.
	Це остання стадія, протягом якої починається деконденсація хромосом. Еукаріотичні клітини завершують свій поділ, а довкола кожного набору хромосом людини утворюється спеціальна оболонка. При скороченні кільця скорочення відбувається поділ цитоплазми (в медицині цей процес називається цитотомією).

Важливо!Тривалість повного процесу мітозу зазвичай становить не більше 1,5-2 годин. Тривалість може змінюватися в залежності від виду клітини, що розділяється. Також тривалість процесу впливають і зовнішні чинники, такі як світловий режим, температура тощо.

Яку біологічну роль відіграє мітоз?

Тепер спробуємо розібратися з особливостями мітозу та його важливістю у біологічному циклі. В першу чергу, він забезпечує багато процесів життєдіяльності організму, серед яких – ембріональний розвиток.

Також мітоз відповідає за відновлення тканин та внутрішніх органів організму після різних видів ушкодження, внаслідок чого відбувається регенерація. У процесі функціонування клітини поступово відмирають, але з допомогою мітозу структурна цілісність тканин постійно підтримується.

Мітоз забезпечує збереження певної кількості хромосом (воно відповідає числу хромосом у материнській клітині).

Відео – Особливості та види мітозу

Інтерфаза - це період життєвого циклу клітини, укладений між кінцем попереднього поділу та початком наступного. З репродуктивної точки зору, такий час можна назвати підготовчим етапом, а з біофункціонального — вегетативним. У період інтерфази клітина зростає, добудовує втрачені при розподілі структури, а потім метаболічно перебудовується для переходу до мітозу або мейозу, якщо будь-які причини (наприклад, тканинне диференціювання) не виведуть її із життєвого циклу.

Оскільки інтерфаза — це проміжний стан між двома мейотичними або мітотичними поділами, інакше її називають інтеркінезом. Однак другий варіант терміну можна використовувати тільки стосовно клітин, які не втратили здатності до поділу.

Загальна характеристика

Інтерфаза - найтриваліша частина клітинного циклу. Виняток становить сильно вкорочений інтеркінез між першим та другим поділами мейозу. Примітною особливістю цього етапу є також те, що тут не відбувається дуплікування хромосом, як в інтерфазі мітозу. Ця особливість пов'язана з необхідністю зменшення диплоїдного набору хромосом до гаплоїдного. У деяких випадках міжмейотичний інтеркінез може бути повністю відсутнім.

Стадії інтерфази

Інтерфаза - це узагальнена назва трьох наступних один за одним періодів:

пресинтетичного (G1);
синтетичного (S);
постсинтетичного (G2).

У клітинах, які не випадають із циклу, стадія G2 безпосередньо переходить у мітоз і тому інакше називається премітотичною.

G1 - це етап інтерфази, що настає відразу після поділу. Тому клітина має вдвічі менший розмір, а також знижений приблизно 2 рази вміст РНК і білків. Протягом усього пресинтетичного періоду відбувається відновлення всіх компонентів до норми.

За рахунок накопичення білка клітина поступово зростає. Відбувається добудова необхідних органел та збільшення об'єму цитоплазми. Одночасно з цим зростає відсотковий вміст різних РНК та синтезуються ДНК-попередники (нуклеотидтрифосфаткінази та ін.). Тому блокування продукування інформаційних РНК і протеїнів, характерних для G1, виключає перехід клітини до S-періоду.

На етапі G1 відзначається різке підвищення ензимів, що задіяні в енергетичному обміні. Період також характеризується високою біохімічною активністю клітини, а накопичення структурно-функціональних компонентів доповнюється запасанням великої кількості молекул АТФ, які слугуватимуть енергетичним резервом для подальшої перебудови хромосомного апарату.

Синтетичний етап

У S-період інтерфази відбувається ключовий момент, необхідний поділу, - реплікація ДНК. У цьому подвоюються як генетичні молекули, а й число хромосом. Залежно від часу огляду клітини (на початку, у середині чи кінці синтетичного періоду) можна знайти кількість ДНК від 2 до 4 з.

S-етап є ключовим перехідним моментом, який "вирішує", чи настане поділ. Єдиним винятком із цього правила є інтерфаза між мейозами І та ІІ.

У клітинах, що постійно перебувають у стані інтерфази, S-період не настає. Таким чином, клітини, які не будуть ділитися знову, зупиняються на стадії з особливою назвою G0.

Постсинтетичний етап

Період G2 - остаточний етап підготовки до поділу. На цій стадії здійснюється синтез інформаційних молекул РНК, необхідних для проходження мітозу. Одним з ключових білків, які продукуються в цей час, є тубуліни, які є будівельним матеріалом для формування веретена поділу.

На межі між постсинтетичним етапом та мітозом (або мейозом) синтез РНК різко знижується.

Що таке клітини G0

Для деяких клітин інтерфазу це постійний стан. Воно характерне для деяких складових спеціалізованих тканин.

Стан нездатності до поділу умовно позначається стадією G0, оскільки G1-період також вважається фазою підготовки до мітозу, хоч і включає пов'язані з цим морфологічні перебудови. Таким чином, G0-клітини вважаються такими, що випали з цитологічного циклу. При цьому стан спокою може бути як незмінним, так і тимчасовим.

У фазу G0 найчастіше переходять клітини, які завершили диференціацію та спеціалізувалися на конкретних функціях. Однак у деяких випадках такий стан оборотний. Так, наприклад, клітини печінки при пошкодженні органу можуть відновлювати здатність до поділу та переходити зі стану G0 у період G1. Цей механізм є основою регенерації організмів. У нормальному стані більшість клітин печінки перебуває у фазі G0.

У деяких випадках G0 стан є незворотним і зберігається до цитологічної смерті. Таке характерно, наприклад, для ороговіння клітин епідермісу або кардіоміоцитів.

Іноді, навпаки, перехід у G0-період зовсім не означає втрату здатності до поділу, а лише передбачає планомірне припинення. До цієї групи відносять камбіальні клітини (наприклад, стволові).

Клітини не виникають власними силами, а утворюються лише за розподілі інших.

Клітинний циклявляє собою сукупність процесів, що відбуваються в клітині при підготовці її до поділу і під час власне поділу, внаслідок чого материнська клітина поділяється на дві дочірні. У циклі виділяють дві фази: автосинтетичну, або інтерфазу (підготовка клітини до поділу), що включає пресинтетичний (G:, англ. gap – проміжок), синтетичний (S) та постсинтетичний (G2) періоди, та розподіл клітини – мітоз.

Інтерфаза - послідовність подій, які готують мітоз . Дуже важливим в інтерфазі є матричний синтез ДНК та подвоєння хромосом – S-фаза. Проміжок між поділом і настанням S-фази називається фазою Gt (пост-мітотична, або пресинтетична фаза), а між S-фазою і мітозом - фазою G2 (постсинтетична, або премітотична фаза). Протягом фази G: клітина диплоїдна, протягом фази S плідність зростає до чотирьох, у фазі G2 клітина тетраплоїдна. В інтерфазі подвоюється маса клітини та всіх її компонентів, а також відбувається подвоєння центріолей.

Протягом пресинтетичної фази в клітині вже посилено біосинтетичні процеси і відбувається підготовка до подвоєння ДНК. У цьому розвиваються переважно ті органели, які необхідні синтезу ферментів, які забезпечують, своєю чергою, майбутнє подвоєння ДНК (передусім це рибосоми). На материнській центріолі клітинного центру збільшується кількість сателітів. Фаза G: триває від кількох годин до доби та більше.

Реплікація (лат. replicatio – повторення) – це процес передачі генетичної інформації, що зберігається в батьківській ДНК, шляхом точного її відтворення у дочірній клітині. При цьому кожен батьківський ланцюг ДНК є матрицею для синтезу дочірньої (матричний синтез ДНК).

Реплікація заснована на комплементарному спаровуванні основ. Спочатку в одній точці ДНК обидві її ланцюги розходяться, утворюючи асиметричну реплікаційну "вилку". Фермент ДНК-полімераза каталізує процес полімеризації нуклеотидів тільки у напрямку 5" ® 3". Нагадаємо, що обидва ланцюги ДНК антипаралельні, тому синтез одного з дочірніх ланцюгів відбувається безперервно (лідируючий ланцюг), інший (відстає) - у вигляді окремих фрагментів розмірами 10 - 200 нуклеотидів (фрагменти Оказаки). Згодом ці фрагменти поєднуються під дією ферменту ДНК-лігази.

Реплікація починається від середини кожного плеча, від ділянки, яку називають сайтом ініціації реплікації. Поширюючись до теломерів, реплікація доходить до них і зупиняється. Рухаючись до середини хромосоми, реплікація доходить до центроміру і зупиняється, проте центромірна область не подвоюється. У результаті кожна хромосома тепер має два ланцюги ДНК. Кожен ланцюг з білками, що їх оточують, утворює сестринські хроматиди. S-фаза триває 8-12 годин.

У кожній хромосомі під час S-періоду утворюються групи реплікаційних "вилок" (20 - 80), які виникають одночасно у всіх хромосом. При цьому "вилки" розташовані парами, які рухаються в протилежних напрямках доти, доки не зустрінуть сусідню "вилку", так що утворюються дві дочірні спіралі. В результаті реплікації кожна з двох дочірніх молекул ДНК складається з одного старого та одного нового ланцюга.

У цитоплазмі протягом S-фази подвоюються не лише ланцюги ДНК, а й кожна з центріолей клітинного центру.

Протягом премітотичної фази G2 здійснюються синтези, необхідні забезпечення безпосередньо процесу поділу. Кількість ДНК та центріолей у клітині вже подвоєно. Фаза G2 продовжується до 6 годин.