Стадії (фази) мітозу. Життєвий шлях клітин. інтерфазу. реплікація Коротко про інтерфаз

Проміжок часу між клітинними поділами називається інтерфазою.

Деякі цитологи виділяють два види інтерфазів: гетеросинтетичнуі аутосинтетичну.

У період гетеросинтетеической інтерфази клітини працюють на організм, виконуючи свої функції складового компонента того чи іншого органу або такні. У період аутосинтетичної інтерфази клітини готуються до мітозу або мейозу. У цій інтерфазі виділяють три періоди: пресинтетичний – G 1 , синтетичний – S і постсинтетичний – G 2 .

У S-періоді продовжується синтез білка та відбувається реплікація ДНК. У більшості клітин цей період триває 8-12 годин.

У G 2 - періоді продовжується синтез РНК і білка (наприклад, тубуліна для побудови мікротрубочок веретена поділу). Відбувається накопичення АТФ для енергетичного забезпечення наступного мітозу. Ця фаза триває 2-4 години.

Крім інтерфази, характеристики тимчасової організації клітин виділяють такі поняття, як життєвий цикл клітин, клітинний цикл і мітотичний цикл. Під життєвим цикломКлітини розуміють час життя клітини з моменту її виникнення після поділу материнської клітини і до кінця її власного поділу або до загибелі.

Клітинний цикл -це сукупність процесів, що протікають в аутосинтетичну інтерфазу, і власне мітоз.

11. Мітоз. Його суть, фази, біологічне значення. Амітоз.

Мітоз

Мітоз(від грец. Мітос - нитка), або каріокінез (грец. Каріон - ядро, кінезис - рух), або непрямий поділ. Це процес, під час якого відбувається конденсація хромосом та рівномірний розподіл дочірніх хромосом між дочірніми клітинами. Мітоз включає п'ять фаз: профаза, прометафаза, метафаза, анафаза і телофаза. У профазіхромосоми конденсуються (скручуються), стають помітними та розташовуються у вигляді клубка. Центріолі діляться на дві і починають рухатися до клітинних полюсів. Між центріолями з'являються нитки, які з білка тубуліна. Відбувається утворення мітотичного веретену. У прометафазіядерна оболонка розпадається на дрібні фрагменти, а занурені у цитоплазму хромосоми починають рухатися до екватора клітини. У метафазіхромосоми встановлюються на екваторі веретена та стають максимально компактизованими. Кожна хромосома складається з двох хроматид, пов'язаних один з одним центромірами, а кінці хроматид розходяться, і хромосоми набувають Х-подібної форми. В анафазідочірні хромосоми (колишні сестринські хроматиди) розходяться до протилежних полюсів. Припущення у тому, що це забезпечується скороченням ниток веретена, не підтвердилося.

Рис.28. Характеристика мітозу та мейозу.

Багато дослідників підтримують гіпотезу ковзних ниток, згідно з якою сусідні мікротрубочки веретена поділу, взаємодіючи один з одним та скорочувальними білками, тягнуть хромосоми до полюсів. У телофазідочірні хромосоми досягають полюсів, деспіралізуються, утворюється ядерна оболонка, відновлюється інтерфазна структура ядер. Потім настає поділ цитоплазми - цитокінез. У тваринних клітинах цей процес проявляється у перетяжці цитоплазми за рахунок втягування плазмолеми між двома дочірніми ядрами, а в рослинних клітинах дрібні бульбашки ЕПС, зливаючись, утворюють зсередини цитоплазми клітинну мембрану. Целюлозна клітинна стінка утворюється за рахунок секрету, що накопичується в диктіосомах.

Тривалість кожної з фаз мітозу різна - від кількох хвилин до сотень годин, що залежить як від зовнішніх, так і внутрішніх факторів та типу тканин.

Порушення цитотомії призводить до утворення багатоядерних клітин. За порушення репродукції центріолей можуть виникнути багатополюсні мітози.

АМІТОЗ

Це пряме розподіл ядра клітини, що зберігає інтерфазну структуру. При цьому хромосоми не виявляються, немає утворення веретена поділу та їх рівномірного розподілу. Ядро ділиться шляхом перетяжки відносно рівні частини. Цитоплазма може ділитися перетяжкою, і тоді утворюються дві дочірні клітини, але може і не ділитися, і тоді утворюються двоядерні або багатоядерні клітини.

Рис.29.Амітоз.

Амітоз як спосіб поділу клітин може зустрічатися в диференційованих тканинах, наприклад, скелетних м'язах, клітинах шкіри, а також у патологічних змінах тканин. Однак він ніколи не зустрічається в клітинах, які потребують збереження повноцінної генетичної інформації.

12. Мейоз. Стадія, біологічне значення.

МЕЙОЗ

Мейоз(грец. Мейозис - зменшення) має місце на стадії дозрівання гамет. Завдяки мейозу з диплоїдних незрілих статевих клітин утворюються гаплоїдні гамети: яйцеклітини та сперматозоїди. Мейоз включає два поділки: редукційне(зменшувальна) та екваційне(зрівняльне), кожне з яких має ті ж фази, що і мітоз. Однак, незважаючи на те, що клітини поділяються двічі, подвоєння спадкового матеріалу відбувається лише один раз – перед редукційним поділом – і відсутнє перед екваційним.

Цитогенетичний результат мейозу (утворення гаплоїдних клітин та перекомбінація спадкового матеріалу) відбувається під час першого (редукційного) поділу. Воно включає 4 фази: профазу, метафазу, анафазу та телофазу.

Профаза Iпідрозділяється на 5 стадій:
лептонеми, (стадія тонких ниток)
зигонеми
стадія пахінеми (товстих ниток)
стадії диплонеми
стадія діакінезу.

Рис.31.Мейоз. Процеси, що відбуваються при редукційному розподілі.

У стадії лептонеми відбувається спіралізація хромосом та їх виявлення у вигляді тонких ниток із потовщеннями по довжині. У стадії зигонеми триває компактизація хромосом, а гомологічні хромосоми зближуються попарно і кон'югують: кожна точка однієї хромосоми поєднується з відповідною точкою гомологічної хромосоми (синапсис). Дві лежачі хромосоми утворюють біваленти.

У пахінемі між хромосомами, що становлять бівалент, може відбуватися обмін гомологічними ділянками (кросинговер). На цій стадії видно, що кожна хромосома, що кон'югує, складається з двох хроматид, а кожен бівалент - з чотирьох хроматид (зошит).

Диплонема характеризується появою сил відштовхування кон'югатів, починаючи від центроміру, а потім і в інших ділянках. Хромосоми залишаються пов'язаними між собою лише у місцях кросинговера.

У стадії діакінезу (розбіжність подвійних ниток) парні хромосоми частково розходяться. Починається формування веретена поділу.

У метафазі I пари хромосом (біваленти) вишиковуються за екватором веретена поділу, утворюючи метафазну пластинку.

В анафазі I до полюсів розходяться двороматидні гомологічні хромосоми, і на клітинних полюсах накопичується їх гаплоїдний набір. У телофазі 1 відбуваються цитотомія та відновлення структури інтерфазних ядер, кожне з яких містить гаплоїдна кількість хромосом, але диплоїдна кількість ДНК (1n2c). Після редукційного поділу клітини переходять у коротку інтерфазу, під час якої не настає період S, і починається екваційний (2-й) поділ. Воно протікає, як звичайний мітоз, в результаті чого утворюються статеві клітини, що містять гаплоїдний набір однохроматидних хромосом (1n1c)

Рис.32. Мейоз. Екваційний поділ.

Таким чином, під час другого мейотичного поділу кількість ДНК приводиться у відповідність до кількості хромосом.

12.Гаметогенез: ово - та сперматогенез.
Розмноження, або самовідтворення, є однією з найважливіших характеристик природи та властиво живим організмам. Передача генетичного матеріалу від батьків наступного покоління у процесі розмноження забезпечує безперервність існування роду. Процес розмноження в людини починається з проникнення чоловічої статевої клітини в жіночу статеву клітину.

Гаметогенез – це послідовний процес, який забезпечує розмноження, зростання та дозрівання статевих клітин у чоловічому організмі (сперматогенез) та жіночому (овогенез).

Гаметогенез протікає в статевих залозах – сперматогенез у сім'яниках у чоловіків, а овогенез у яєчниках у жінок. В результаті гаметогенезу в організмі жінки утворюються жіночі статеві клітини – яйцеклітини, а у чоловіків – чоловічі статеві клітини сперматозоїди.
Саме процес гаметогенез (сперматогенез, овогенез) дає можливість чоловікові та жінці можливість відтворення потомства.

Проміжок часу між клітинними поділами називається інтерфазою.

Деякі цитологи виділяють два види інтерфазів: гетеросинтетичнуі аутосинтетичну.

У G 2 - періоді продовжується синтез РНК і білка (наприклад, тубуліна для побудови мікротрубочок веретена поділу). Відбувається …
накопичення АТФ для енергетичного забезпечення наступного мітозу. Ця фаза триває 2-4 години.

Клітинний цикл -це сукупність процесів, що протікають в аутосинтетичну інтерфазу, і власне мітоз.

11. Мітоз. Його суть, фази, біологічне значення. Амітоз.

Мітоз

Рис.28. Характеристика мітозу та мейозу.

АМІТОЗ

Рис.29.Амітоз.

12. Мейоз. Стадія, біологічне значення.

МЕЙОЗ

Мейоз(грец. Мейозис - зменшення) має місце на стадії дозрівання гамет. Завдяки мейозу з диплоїдних незрілих статевих клітин утворюються гаплоїдні гамети: яйцеклітини та сперматозоїди. Мейоз включає два поділки: редукційне(зменшувальна) та екваційне(зрівняльне), кожне з яких має ті ж фази, що і мітоз. Однак, незважаючи на те, що клітини поділяються двічі, подвоєння спадкового матеріалу відбувається лише один раз – перед редукційним розподілом – і відсутнє перед екваційним.

Рис.31.Мейоз. Процеси, що відбуваються при редукційному розподілі.

Рис.32. Мейоз. Екваційний поділ.

12.Гаметогенез: ово - і сперматогенез.
Розмноження, або самовідтворення, є однією з найважливіших характеристик природи та властиво живим організмам. Передача генетичного матеріалу від батьків наступного покоління у процесі розмноження забезпечує безперервність існування роду. Процес розмноження в людини починається з проникнення чоловічої статевої клітини в жіночу статеву клітину.

Гаметогенез протікає в статевих залозах - сперматогенез у сім'яниках у чоловіків, а овогенез у яєчниках у жінок. В результаті гаметогенезу в організмі жінки утворюються жіночі статеві клітини – яйцеклітини, а у чоловіків – чоловічі статеві клітини сперматозоїди.
Саме процес гаметогенез (сперматогенез, овогенез) дає можливість чоловікові та жінці можливість відтворення потомства.

1 ) постмітотичний (пресинтетичний) – q 1 (G 1) - від 10 годин до кількох діб. Слід слідом за поділом. У молодих дочірніх клітинах спостерігається висока інтенсивність процесів транскрипції, формування синтетичного апарату клітини – збільшення кількості рибосом, різних видів РНК (РРНК, МРНК, ІРНК). Посилення синтезу білка, синтезуються структурні та функціональні білки, інтенсивний клітинний метаболізм, контрольований ферментами, ріст клітини, утворення та відновлення необхідної кількості органоїдів

2 ) синтетичний – S- 6 – 10 годин; Значною подією є подвоєння (редуплікація ДНК), що призводить до подвоєння плідності (зміст ДНК подвоюється) диплоїдних ядер (хромосоми стають двороматидними) і є обов'язковою умовою для подальшого мітотичного поділу клітин. Відбувається також синтез РНК, гістонових білків, продовжується зростання клітини.

3 ) постсинтетичний (премітотичний) q 2 (G 2) - 2 - 5 годин. Продовжується синтез РНК, всіх білків, особливо ядерних, а також білка тубуліна, необхідного для формування ахроматинового веретена мітотичного апарату, що утворюється в профазі мітозу і мейозу. Відбувається накопичення поживних речовин, енергії, синтез АТФ. Розподіл мітохондрій, хлоропластів, реплікація центріолей та початок утворення веретена поділу. Наприкінці цього періоду клітина переходить до профази мітозу.

Головні події мітотичного циклу:

1) редуплікаціясамоподвоєння спадкового матеріалу (синтетичний період)

2) рівномірний розподілспадкового матеріалу між дочірніми клітинами (анафаза мітозу – розподіл хроматид – дочірніх хромосом.)

Співвідношення кількості днк (с) та хромосом (n) у мітотичному циклі:

Мітоз: 1) Профаза 2п 4с, 2) Метафаза 2п 4с, 3) Анафаза 4п 4с (однохроматидні дочірні хромосоми); 4) Телофаза 2п 2с (однохроматидні дочірні хромосоми)

ІНТЕРФАЗУ: 1) Постмітотичний період 2п 2с (однохроматидні дочірньо-сестринські хромосоми)

2) Синтетичний період 2п 4с, 3) Постсинтетичний період 2п 4с (двохроматидні материнські хромосоми)

Зверніть увагу, що хроматида містить одну молекулу ДНК (c).

Освіта сестринської

хроматиди

Хромосома інтерфазного ядра

Схема мітотичного циклу

Життєвий цикл клітин (клітинний цикл) - це період існування клітини від моменту її утворення шляхом поділу материнської клітини до власного поділу або смерті. Обов'язковим компонентом життєвого циклу є мітотичний цикл. Багато клітин виходять з мітотичного циклу на шлях спеціалізації, диференціюються, виконують певні функції та їхнє життя закінчується смертю. Однак деякі диференційовані клітини (епітеліальні, сполучнотканинні) за певних умов переходять до підготовки до мітозу і самого мітозу. У таких клітин життєвий цикл триваліший за мітотичний. Для різних типів клітин життєвий цикл різний. У деяких клітинах відсутні ті чи інші фази мітотичного циклу. Частина клітин виходять із мітотичного циклу на шлях диференціювання та спеціалізації, їх пресинтетичний період подовжується. У нервових клітин цей період триває протягом усього життя організму, і вони не діляться, тому життєвий цикл таких клітин, наприклад нервових, не збігається з мітотичним циклом.Клітини, що утворюють клітинні популяції, що оновлюються, постійно діляться, проходячи мітоз і інтерфазу, мають клітинний цикл, що збігається з мітотичним цикломце, наприклад, ембріональні клітини, ростові базального шару шкіри, клітини освітньої тканини рослин (кінчик кореня, стебла, камбій), клітини, що регенерують, клітини сім'яників.

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).

Триває 1-2 години. Більшість компонентів клітини синтезується протягом усієї інтерфази, це ускладнює виділення в ній окремих стадій (Pardee, 1978; Yanishevsky, 1981). Однак в інтерфазі виділяють фазу G(l1)l, фазу S і фазу G(l2)l. Період інтерфази, коли відбувається реплікація ДНК клітинного ядра, було названо "фаза S" (від слова synthesis).

Період між фазою М та початком фази S позначений як фаза G(l1)l (від слова gap - проміжок), а період між кінцем фази S та наступною фазою М - як фаза G(l2)l. Під час G(l1)l-фази відновлюються інтенсивні біосинтетичні процеси, що різко уповільнені під час клітинного поділу.

Фаза G(l2)l потрібна для підготовки клітин до мітозу (Johnson, 1970; Bradbury, 1974; Isenberg, 1979). далі Клітина: фаза G(l2)l

Тривалість мітотичного циклу варіює у різних організмів у межах. Найкоротші клітинні цикли виявлені у яєць, що дробляться, деяких тварин. Наприклад, у золотої рибки перші поділу дроблення відбуваються через 20 хв (докладніше про це розділ індивідуальний розвиток). Досить поширені мітотичні цикли тривалістю 18-20 год. Зустрічаються цикли, які тривають кілька діб. Час від поділу до поділу клітин може значно відрізнятися в межах одного і того ж організму. Так, при вивченні тривалості клітинних циклів епітеліальних клітин миші з'ясувалося, що в дванадцятипалій кишці епітеліальні клітини діляться кожні 11 год, у худій кишці – приблизно через 19 год, у рогівці ока – через 3 доби, а в шкірному епітелії від поділу до ділення 24 доби. Час, який клітина витрачає безпосередньо на поділ, зазвичай становить 1-3 год (ембріональні мітози набагато коротше). Отже, основну частину життя клітини перебувають у інтерфазі. Назва цієї стадії виникло ще в минулому столітті, коли про діяльність клітин могли судити лише щодо змін їхньої морфології, оскільки єдиним інструментом дослідження був світловий мікроскоп. Оскільки помітні морфологічні зміни клітин відбувалися під час поділу, то до них і була прикута увага біологів, а період між поділками отримав назву проміжного (лат. inter – між) чи фази спокою. Завдяки появі сучасних методів вивчення клітини – електронної мікроскопії, авторадіографії, можливості вимірювати вміст різних внутрішньоклітинних речовин – вдалося встановити, що в інтерфазі відбуваються найважливіші події клітинного життя, зокрема подвоєння хромосом.

Зазвичай інтерфазу поділяють на три періоди: пресинтетичний, синтетичний та постсинтетичний. Пресинтетичний (Gi) період (англ. gap – інтервал) слід безпосередньо за розподілом. Як правило, це найтриваліший період інтерфази (рис. 61). У клітинах еукаріотів він триває від 10 год до декількох діб. Під час нього відбувається підготовка клітини до подвоєння хромосом: синтезується РНК, утворюються різні білки, зокрема необхідні освіти попередників ДНК. При цьому збільшується кількість рибосом та поверхня шорсткої ендоплазматичної мережі, зростає кількість мітохондрій. Усе це призводить до того, що клітина інтенсивно зростає. У синтетичному (S) періоді продовжується синтез РНК та білків і одночасно відбувається подвоєння хромосом, в основі якого лежить процес реплікації ДНК.

Знову синтезована ДНК відразу ж поєднується з хромосомними білками. Синтез ДНК триває кілька годин, зазвичай 6-10. Після закінчення кожна хромосома виявляється подвоєною - що складається з двох сестринських хроматид. У генетичному відношенні хроматиди повністю ідентичні один одному, тому що їх ДНК складається з одного материнської та другої знову синтезованого ланцюга. Сестринські хроматиди тісно зближені та з'єднані в тому районі хромосоми, який забезпечує її рух при розподілі клітини. Він називається центромірним районом хромосоми (рис. 62, рис. 63).

Після повного подвоєння хромосом настає постсинтетичний період (G2). У цей час клітина готується до поділу: синтезуються білки мікротрубочок, які під час мітозу формуватимуть веретено поділу, запасається енергія. Тривалість G2-періоду менша, ніж у S- і Gi-періодів, і зазвичай становить 3-6 год.