Клеточный цикл: периодизация

Минздрава России

Кафедра биологии

Зав. кафедрой: Д.М.Н.

Профессор: Сентюрова Л.Г.

Реферат

На тему:

"Клеточный цикл, его периодизация и сущность. Особенности клеточного цикла в различных тканях. Интерфаза. Авторепродукция генетического материала".

Выполнила: студентка 107 группы

педиатрического факультета:

Оргаева Ц.Ю.

Преподаватель: Красовский В.С.

Астрахань, 2016 год

Содержание:

Клеточный цикл

Клеточный цикл: периодизация

Клеточный цикл: сущность

Клеточный цикл: особенности в различных тканях

Интерфаза

Авторепродукция генетического материала

Библиографический список

Клеточный цикл

(рис. 1)

Клеточный цикл(cycluscellularis) – совокупность явлений между двумя последовательными делениями клетки или между ее образованием и гибелью.

В ходе клеточного цикла обеспечивается функция воспроизведения клеток и передачи генетической информации. Клеточный цикл включает собственно митотическое деление и интерфазу – промежуток между делениями.

Рост многоклеточного организма осуществляется за счет деления клеток. Основным типом клеточного деления является митоз. Клетки, которые делятся через некоторые промежутки времени, находятся в клеточном цикле. Он отражает череду событий в клетке от начала митоза до следующего деления. Промежуток времени между двумя последовательными митозами называется интерфазой. Таким образом, клеточный цикл подразделяется на митоз и интерфазу.

За воспроизведение в поколениях организмов наследственных свойств ответственны 3 процесса:

1. Митоз – простое деление обычных соматических клеток, перед которым количество хромосом в клетках удваивается путем самовоспроизведения с последующим равномерным распределением генетической информации родительской клетки между двумя дочерними клетками.

2. Мейоз – размножение половых клеток, характеризующихся обменом генетической информацией; происходит образование гаплоидных гамет из диплоидных клеток.

3. Оплодотворение и рост – процесс слияния яйцеклетки и сперматозоида, при котором восстанавливается двойной набор хромосом.

Митоз происходит в течение 1,5–2 часов, интерфаза во много раз более продолжительна. В это время клетка очень активна. И в ядре, и в цитоплазме происходят синтетические процессы. Синтезируются нуклеиновые кислоты, белки, клеточные мембраны, образуются разнообразные органоиды. Однако все процессы происходят не хаотично, а в определенной последовательности.

В связи с этим интерфазу подразделяют на три периода: G₁, S, G₂.

Длительностьклеточныхциклов в разныхтканяхдаже у одного и тогожеорганизмаразлична и широковарьирует. Онаможетбытьменьшеодногочаса в дробящихсяклеткахэмбрионовпозвоночныхживотных, а можетсоставлять и целыйгод(например, в клеткахпеченивзрослогочеловека). Клеточныйциклсостоитизинтерфазы и деления. (1; стр. 125-126)

Клеточный цикл: периодизация

(рис. 2)

При изучении клеточного цикла встречаются как диплоидные (2с), так и тетраплоидные (4с) и интерфазные клетки с промежуточным количеством ДНК. Это объясняется особенностями цикла размножения клеток. Весь клеточный цикл состоит из четырех отрезков времени: собственно, митоза (М), пресинтетического (G₁), синтетического (S), постсинтетического (G₂) периодов интерфазы.

В G₁– периоде, наступающем сразу после деления, клетка имеет диплоидное содержание ДНК в ядре (2с). После деления в периоде G₁в дочерних клетках общее содержание белков и РНК вдвое меньше, чем в исходной родительской клетке. В периоде G₁наблюдается рост клеток главным образом за счет накопления клеточных белков, что обусловлено увеличение количества РНК в клетке, и подготовка клетки к синтезу ДНК.

Обнаружено, что подавление синтеза белка или РНК в G₁– периоде предотвращает наступление S-периода, так как в течение G₁- периода происходят синтезы ферментов, необходимых для образования предшественников ДНК (например, нуклеотидфосфокиназ), ферментов метаболизма РНК и белка. При этом резко повышается активность ферментов, участвующих в энергетическом обмене.

В следующем S-периоде, происходит удвоение количества ДНК в ядре соответственно удваивается число хромосом. В ядрах разных клеток, находящихся в S-периоде, можно обнаружить разные количества ДНК – от 2 до 4 с, что отражает постепенное накопление ДНК по мере прохождения клеткой синтетического периода клеточного цикла. S-период является узловым в клеточном цикле. Без синтеза ДНК неизвестно ни одного случая вступления клеток в митотичекое деление.

Единственным исключением является второе деление созревания половых клеток в мейозе, когда между двумя делениями нет синтеза ДНК.

В S-периоде уровень синтеза РНК возрастает соответственно увеличению количества ДНК, достигая своего максимума в G₂– периоде.

Постсинтетический (G₂₎ период называется также премитотическим. В данном периоде синтезируется иРНК, необходимая для митоза. Среди синтезирующихся в это время белков особое место занимают тубулины – белки митотического деления.

В конце G₂– периода или в митозе по мере конденсации митотических хромосом синтез РНК резко снижается и полностью прекращается во время митоза. Синтез белка во время митоза понижается на 25% исходного уровня и затем в последующих периодах достигает своего максимума в G₂– периоде, в общем повторяя характер синтеза РНК.

В растущих тканях растений и животных всегда есть клетки, которые находятся вне цикла. Такие клетки принято называть клетками G₀– периода. Это клетки, которые после митоза не вступают в пресинтетический период. Именно они представляют собой так называемые покоящиеся, временно или окончательно переставшие размножаться клетки. В некоторых тканях такие клетки могут находиться длительное время, не изменяя особенно своих морфологических свойств: они сохраняют способность к делению. Это, например, камбиальные клетки (стволовые и кроветворные ткани). Чаще потеря (хотя бы и временная) способности делиться сопровождается специализаций и дифференцировкой. Такие дифференцирующиеся клетки выходят из цикла, но в особых условиях могут снова входить в цикл. Например, большинство клеток печени находятся в G₀- периоде; они не синтезируют ДНК и не делятся. Однако при удалении части печени у экспериментальных животных многие клетки начинают подготовку к митозу, переходят к синтезу ДНК и могут митотически делиться. В других случаях, например, в эпидермисе кожи, после выхода клетки из цикла размножения они дифференцируются, выполняют свои защитные функции, а затем погибают (ороговевшие клетки покровного эпителия). Многие клетки теряют способность возвращаться в митотический цикл. Так, например, нейроны головного мозга находятся в G₀–периоде клеточного цикла (до смерти организма).

Регуляция вхождения и выхода клеток из клеточного цикла находится под контролем особой системы белковых факторов. Было обнаружено множество факторов роста, стимулирующих клетки к размножению, к пролиферации. Так, например, фактор роста из тромбоцитов стимулирует размножение клеток соединительной ткани, гормон эритропоэтин вызывает размножение предшественников эритроцитов, гормон прогестерон стимулирует пролиферацию клеток молочной железы и т.п.

Разные факторы роста передают сигнал на синтез специальных внутриклеточных белков, образующих каскад протеинкиназ (фосфорилаз), связанных с запуском клеточного цикла.

В состав этих белков, факторов, стимулирующих митоз, входит комплекс, состоящий из двух субъединиц: регуляторной (белок циклин) и каталитической (циклин-зависимая протеиназа).

У млекопитающих в реализации всего клеточного цикла участвуют 9 различных циклинов и 7 циклин-зависимых киназ. При этом для перехода от одного клеточного периода к другому используются разныециклины (D, E, A, B и др.) и разные циклин-зависимые киназы. Так, например, переход от интерфазного ядра в G₂–периоде непосредственно к митозу определяется фактором, состоящим из циклинов А/В и протеин-зависимой киназы 1. (2; стр. 98-101)

Клеточный цикл: сущность

Клеточный цикл играет огромную роль в жизни клетки, так как обеспечивает постоянство числа хромосом и наследственной информации, полной идентичности вновь возникающих клеток исходным. 

(рис. 3)

      Биологическое значение митоза:

1) Генетическая стабильность – точное распределение генетического материала между дочерними клетками. В результате митоза образуются два ядра, содержащие столько же хромосом, сколько их было в родительском ядре. Эти хромосомы происходят от родительских хромосом путем точной репликации ДНК, поэтому их гены содержат совершенно одинаковую наследственную информацию.

2) Митоз обеспечивает постоянство строения и правильность функционирования органов и тканей многоклеточного организма.

3) Рост. В результате митоза число клеток в организме увеличивается (процесс гиперплазии), что представляет собой один из главных механизмов роста.

4) Митоз является основой эмбрионального развития.

5) Митоз обеспечивает регенерацию утраченных частей (например, ног у ракообразных), восстановление органов и тканей после повреждения и замещение клеток, происходящее у всех многоклеточных организмов.

6) Митоз лежит в основе бесполого размножения. Многие виды животных и растений размножаются бесполым путем при помощи одного лишь митотического деления клеток (вегетативное размножение).

 Главные события митотического цикла заключается в редупликации (самоудвоении) наследственного материала материнской клетки и в равномерном распределении этого материала между дочерними клетками. Указанным событиям сопутствуют закономерные изменения химической и морфологической организации хромосом – ядерных структур, в которых сосредоточено более 90% генетического материала эукариотической клетки (основная часть внеядерной ДНК животной клетки находится в митохондриях).

Хромосомы во взаимодействии с внехромосомными механизмами обеспечивают:

1) Хранение генетической информации

2) Использование этой информации для создания и поддержания клеточной организации

3) Регуляцию считывания наследственной информации

4) Удвоение (самокопирование) генетического материала

5) Передачу его от материнской клетки дочерним (3)