מחזור התא

מחזור התא הוא תקופת קיומו של תא מרגע היווצרותו על ידי חלוקה של תא האם ועד לחלוקה שלו או מותו תוכן [הצג]

משך מחזור התא של האוקריוטים

אורך מחזור התא משתנה בין תאים שונים. תאים מתרבים במהירות של אורגניזמים בוגרים, כגון תאים המטופואטיים או תאים בסיסיים של האפידרמיס והמעי הדק, יכולים להיכנס למחזור התא כל 12-36 שעות מחזורי תאים קצרים (בערך 30 דקות) נצפים במהלך פיצול מהיר של ביצים של דו-חיים. וחיות אחרות. בתנאי ניסוי, לשורות תרבית תאים רבות יש מחזור תאים קצר (כ-20 שעות). ברוב התאים המתחלקים באופן פעיל, התקופה בין מיטוזות היא כ-10-24 שעות.

שלבי מחזור התא האוקריוטי

מחזור התא האוקריוטי מורכב משתי תקופות:

תקופה של צמיחת תאים הנקראת "אינטרפאזה", במהלכה מסונתזים DNA וחלבונים ומתרחשת הכנה לחלוקת התא.

תקופת חלוקת התא, המכונה "שלב M" (מהמילה מיטוזה - מיטוזה).

אינטרפאזה מורכבת ממספר תקופות:

שלב G1 (מהפער האנגלי - gap), או שלב הצמיחה הראשוני, שבמהלכו מתרחשת סינתזה של mRNA, חלבונים ורכיבים תאיים אחרים;

S-phase (מהסינתזה האנגלית - synthetic), במהלכו מתרחשת שכפול DNA של גרעין התא, מתרחשת גם הכפלה של צנטריולים (אם הם קיימים, כמובן).

שלב G2, שבמהלכו מתרחשת הכנה למיטוזה.

בתאים מובחנים שכבר אינם מתחלקים, ייתכן שאין שלב G1 במחזור התא. תאים כאלה נמצאים בשלב המנוחה G0.

תקופת חלוקת התא (שלב M) כוללת שני שלבים:

מיטוזה (חלוקה של גרעין התא);

ציטוקינזיס (חלוקת ציטופלזמה).

בתורו, מיטוזה מחולקת לחמישה שלבים in vivo, ששת השלבים הללו יוצרים רצף דינמי.

תיאור חלוקת התאים מתבסס על נתוני מיקרוסקופ אור בשילוב צילום מיקרוציני ועל תוצאות מיקרוסקופ אור ואלקטרונים של תאים קבועים ומוכתמים.

ויסות מחזור התא

הרצף הקבוע של השינויים בתקופות של מחזור התא מתרחש באמצעות אינטראקציה של חלבונים כגון קינאזות תלויות ציקלין וציקלינים. תאים בשלב G0 יכולים להיכנס למחזור התא כאשר הם נחשפים לגורמי גדילה. גורמי גדילה שונים, כגון גורמי גדילה שמקורם בטסיות דם, אפידרמיס ועצבים, על ידי קשירה לקולטנים שלהם, מעוררים מפל איתות תוך תאי, המוביל בסופו של דבר לשעתוק של גנים ציקלין וקינאזות תלויות ציקלין. קינאזות תלויות ציקלין הופכות פעילות רק כאשר הן מקיימות אינטראקציה עם הציקלין המתאימים. התוכן של ציקלינים שונים בתא משתנה לאורך מחזור התא. ציקלין הוא מרכיב רגולטורי של קומפלקס קינאז תלוי ציקלין-ציקלין. הקינאז הוא המרכיב הקטליטי של קומפלקס זה. קינאזים אינם פעילים ללא ציקלין. ציקלינים שונים מסונתזים בשלבים שונים של מחזור התא. לפיכך, התוכן של cyclin B בביציות צפרדע מגיע למקסימום בזמן מיטוזה, כאשר כל מפל תגובות הזרחון המזוזזות על ידי קומפלקס קינאז תלוי ציקלין B/ציקלין יוצא לדרך. בסוף המיטוזה, ציקלין נהרס במהירות על ידי חלבונים.

נקודות ביקורת למחזור התא

כדי לקבוע את השלמת כל שלב במחזור התא, זה דורש נוכחות של מחסומים. אם התא "עובר" את המחסום, אז הוא ממשיך "לנוע" במחזור התא. עם זאת, אם נסיבות מסוימות, כמו פגיעה ב-DNA, מונעות מהתא לעבור דרך מחסום, שניתן להשוות למעין מחסום, אז התא נעצר ושלב נוסף במחזור התא לא מתרחש, לפחות עד מכשולים מוסרים, ומונעים מהתא לעבור דרך המחסום. במחזור התא יש לפחות ארבע מחסומים: מחסום ב-G1, שבודק DNA שלם לפני הכניסה לשלב S, מחסום בשלב S, שבודק שכפול DNA נכון, מחסום ב-G2, שבודק נגעים שהוחמצו כאשר העברת נקודות אימות קודמות, או שהושגו בשלבים הבאים של מחזור התא. בשלב ה-G2, מתגלה שלמות שכפול ה-DNA ותאים שבהם ה-DNA אינו משוכפל לא נכנסים למיטוזה. בנקודת הביקורת של הרכבת הציר, בודקים שכל הקינטוכורים מחוברים למיקרוטובולים.

הפרעות במחזור התא ויצירת גידולים

עלייה בסינתזה של חלבון p53 מובילה להשראת הסינתזה של חלבון p21, מעכב מחזור התא

שיבוש בוויסות מחזור התא התקין הוא הגורם לרוב הגידולים המוצקים. במחזור התא, כאמור, מעבר מחסומים אפשרי רק אם השלבים הקודמים מסתיימים כרגיל ואין תקלות. תאי גידול מאופיינים בשינויים במרכיבי המחסומים של מחזור התא. כאשר נקודות ביקורת של מחזור התא מושבתות, נצפה חוסר תפקוד של מספר מדכאי גידולים ופרוטו-אונקוגנים, בפרט p53, pRb, Myc ו- Ras. החלבון p53 הוא אחד מגורמי השעתוק שמתחילים את הסינתזה של חלבון p21, המהווה מעכב של קומפלקס CDK-cyclin, מה שמוביל לעצירת מחזור התא בתקופות G1 ו-G2. לפיכך, תא שה-DNA שלו פגום לא נכנס לשלב S. עם מוטציות המובילות לאובדן גנים של חלבון p53, או עם השינויים שלהם, חסימת מחזור התא אינה מתרחשת, התאים נכנסים למיטוזה, מה שמוביל להופעת תאים מוטנטים, שרובם אינם ברי קיימא, אחרים מעוררים לתאים ממאירים.

ציקלינים הם משפחה של חלבונים שהם מפעילים של ציקלין-תלוי חלבון קינאז (CDK), אנזימים מרכזיים המעורבים בוויסות מחזור התא האוקריוטי. ציקלינים מקבלים את שמם בשל העובדה שהריכוז התוך תאי שלהם משתנה מעת לעת כאשר תאים עוברים את מחזור התא, ומגיע למקסימום בשלבים מסוימים של המחזור.

תת-היחידה הקטליטית של חלבון קינאז תלוי ציקלין מופעלת חלקית על ידי אינטראקציה עם מולקולת ציקלין, אשר מהווה את תת-היחידה הרגולטורית של האנזים. היווצרות ההטרודימר הזה מתאפשרת לאחר שציקלין מגיע לריכוז קריטי. בתגובה לירידה בריכוז הציקלין, האנזים מושבת. להפעלה מלאה של חלבון קינאז תלוי ציקלין, יש להתרחש זרחון ודה-פוספורילציה ספציפיים של שאריות חומצות אמינו מסוימות בשרשרות הפוליפפטידיות של קומפלקס זה. אחד האנזימים שמבצעים תגובות כאלה הוא CAK kinase (CAK - CDK activating kinase).

קינאז תלוי ציקלין

קינאזות תלויות ציקלין (CDK) הן קבוצה של חלבונים המווסתת על ידי ציקלין ומולקולות דמויות ציקלין. רוב ה-CDKs מעורבים במעברי פאזה במחזור התא; הם גם מווסתים שעתוק ועיבוד של mRNA. CDKs הם serine/threonine kinases המזרחנים שאריות חלבון תואמות. ידועים מספר CDK, שכל אחד מהם מופעל על ידי ציקלין אחד או יותר ומולקולות דומות אחרות לאחר שהגיעו לריכוז הקריטי שלהם, ולרוב CDKs הם הומולוגיים, הנבדלים בעיקר בתצורה של אתר הקישור לציקלין. בתגובה לירידה בריכוז התוך תאי של ציקלין מסוים, ה-CDK המקביל מושבת באופן הפיך. אם CDKs מופעלים על ידי קבוצה של cyclins, כל אחד מהם, כאילו מעביר קינאז חלבון זה לזה, שומר על CDKs במצב מופעל במשך זמן רב. גלים כאלה של הפעלת CDK מתרחשים במהלך שלבי G1 ו-S של מחזור התא.

רשימת CDKs והרגולטורים שלהם

CDK1; ציקלין A, ציקלין B

CDK2; ציקלין A, ציקלין E

CDK4; ציקלין D1, ציקלין D2, ציקלין D3

CDK5; CDK5R1, CDK5R2

CDK6; ציקלין D1, ציקלין D2, ציקלין D3

CDK7; cyclin H

CDK8; ציקלין סי

CDK9; cyclin T1, cyclin T2a, cyclin T2b, cyclin K

CDK11 (CDC2L2); ציקלין ל

אמיטוזיס (או חלוקת תאים ישירה) מתרחשת בתדירות נמוכה יותר בתאים סומטיים של אוקריוטים מאשר מיטוזה. זה תואר לראשונה על ידי הביולוג הגרמני ר' רמק בשנת 1841, המונח הוצע על ידי היסטולוג. ו' פלמינג מאוחר יותר - ב-1882. ברוב המקרים, אמיטוזיס נצפית בתאים עם פעילות מיטוטית מופחתת: אלו הם תאים מזדקנים או תאים שעברו שינוי פתולוגי, לרוב נידונים למוות (תאי קרום עובריים של יונקים, תאי גידול וכו'). עם אמיטוזיס, מצב הבין-פאזי של הגרעין נשמר מורפולוגית, הגרעין והמעטפת הגרעינית נראים בבירור. אין שכפול DNA. ספירליזציה של כרומטין אינה מתרחשת, כרומוזומים אינם מזוהים. התא שומר על הפעילות התפקודית האופיינית לו, שנעלמת כמעט לחלוטין במהלך מיטוזה. בזמן אמיטוזיס, רק הגרעין מתחלק, ללא היווצרות של ציר ביקוע, ולכן החומר התורשתי מופץ באופן אקראי. היעדר ציטוקינזיס מוביל ליצירת תאים דו-גרעיניים, אשר לאחר מכן אינם מסוגלים להיכנס למחזור המיטוטי הרגיל. עם אמיטוזות חוזרות, תאים מרובי גרעינים יכולים להיווצר.

מושג זה עדיין הופיע במספר ספרי לימוד עד שנות ה-80. נכון להיום, מאמינים שכל התופעות המיוחסות לאמיטוזיס הן תוצאה של פרשנות שגויה של תכשירים מיקרוסקופיים לא מוכנים מספיק, או פרשנות של תופעות הנלוות להרס תאים או תהליכים פתולוגיים אחרים כמו חלוקת תאים. יחד עם זאת, לא ניתן לכנות כמה גרסאות של חלוקה גרעינית באאוקריוטים מיטוזה או מיוזה. זוהי, למשל, חלוקת המקרו-גרעיניים של ריצות רבות, שבהן ההפרדה של שברי כרומוזומים קצרים מתרחשת ללא היווצרות של ציר.

שלבי G1, S ו-G2 של מחזור התא נקראים ביחד interphase. תא מתחלק מבלה את רוב זמנו ב-interphase בזמן שהוא גדל כהכנה להתחלקות. שלב המיטוזה כולל הפרדה גרעינית ואחריה ציטוקינזיס (חלוקה של הציטופלזמה לשני תאים נפרדים). בסוף המחזור המיטוטי נוצרים שניים שונים. כל תא מכיל חומר גנטי זהה.

הזמן הנדרש להשלמת חלוקת התא תלוי בסוגו. למשל, תאים במח העצם, תאי עור, תאי קיבה ומעי מתחלקים במהירות ובאופן קבוע. תאים אחרים מתחלקים לפי הצורך, ומחליפים תאים פגומים או מתים. סוגים אלה של תאים כוללים תאים מהכליות, הכבד והריאות. אחרים, כולל תאי עצב, מפסיקים להתחלק לאחר התבגרות.

תקופות ושלבים של מחזור התא

תכנית השלבים העיקריים של מחזור התא

שתי התקופות העיקריות של מחזור התא האוקריוטי כוללות אינטרפאזה ומיטוזה:

Interphase

במהלך תקופה זו, התא מכפיל את עצמו ומסנתז DNA. ההערכה היא שתא מתחלק מבלה כ-90-95% מזמנו באינטרפאזי, המורכב מ-3 השלבים הבאים:

• שלב G1:פרק הזמן שלפני סינתזת ה-DNA. בשלב זה, התא גדל בגודלו ובמספרו כהכנה לחלוקה. בשלב זה הם דיפלואידים, כלומר יש להם שתי קבוצות של כרומוזומים.
• S-phase:שלב המחזור שבמהלכו מסונתז DNA. לרוב התאים יש חלון זמן צר שבמהלכו מתרחשת סינתזת DNA. תכולת הכרומוזומים מוכפלת בשלב זה.
• שלב G2:התקופה שלאחר סינתזת ה-DNA אך לפני תחילת המיטוזה. התא מסנתז חלבונים נוספים וממשיך לגדול בגודלו.

שלבים של מיטוזה

במהלך מיטוזה וציטוקינזיס, התוכן של תא האם מפוזר באופן שווה בין שני תאי הבת. למיטוזה יש חמישה שלבים: פרופאזה, פרומטפאזה, מטאפאזה, אנפאזה וטלופזה.

• פרופאזה:בשלב זה מתרחשים שינויים הן בציטופלזמה והן בתא המתחלק. מתעבה לכרומוזומים נפרדים. כרומוזומים מתחילים לנדוד למרכז התא. המעטפת הגרעינית מתפרקת וסיבי ציר נוצרים בקטבים מנוגדים של התא.
• פרומטפאזה:שלב המיטוזה בתאים סומטיים אוקריוטיים לאחר פרופאזה ומטאפאזה קודמת. בפרומטפאזה, הממברנה הגרעינית מתפרקת למספר רב של "שלפוחיות ממברנות", והכרומוזומים שבתוכו יוצרים מבני חלבון הנקראים קינטוכורים.
• מטאפאזה:בשלב זה, הגרעיני נעלם לחלוטין, נוצר ציר, והכרומוזומים ממוקמים על לוח המטאפאזה (מישור המרוחק באותה מידה משני הקטבים של התא).
• אנפאזה:בשלב זה, הכרומוזומים הזוגיים () נפרדים ומתחילים לנוע לעבר קצוות מנוגדים (קטבים) של התא. ציר הביקוע, שאינו מחובר לציר, מאריך ומאריך את התא.
• Telophase:בשלב זה מגיעים הכרומוזומים לגרעינים חדשים, והתוכן הגנטי של התא מתחלק שווה בשווה לשני חלקים. ציטוקינזיס (חלוקת תאים אוקריוטיים) מתחילה לפני סוף המיטוזה ומסתיימת זמן קצר לאחר הטלופאז.

ציטוקינזיס

ציטוקינזיס הוא תהליך ההפרדה של הציטופלזמה בתאים איקריוטים המייצר תאי בת שונים. ציטוקינזיס מתרחשת בסוף מחזור התא לאחר מיטוזה או.

במהלך חלוקת תאי בעלי חיים, ציטוקינזיס מתרחשת כאשר הטבעת המתכווצת יוצרת תלם מפוצל שצובט את קרום התא לשניים. צלחת התא בנויה, המחלקת את התא לשני חלקים.

לאחר שהתא השלים את כל שלבי מחזור התא, הוא חוזר לשלב G1 והמחזור כולו חוזר שוב. תאי הגוף מסוגלים גם להיכנס למצב מנוחה, הנקרא שלב Gap 0 (G0), בכל נקודה במחזור החיים שלהם. הם יכולים להישאר בשלב זה למשך פרק זמן ארוך מאוד עד שיינתנו אותות לעבור במחזור התא.

תאים המכילים מוטציות גנטיות ממוקמים לצמיתות בשלב G0 כדי למנוע מהן לשכפל. כאשר מחזור התא משתבש, צמיחת תאים תקינה מופרעת. יכולים להתפתח המשיגים שליטה על אותות הצמיחה שלהם ולהמשיך להתרבות ללא שליטה.

מחזור התא ומיוזה

לא כל התאים מתחלקים בתהליך של מיטוזה. אורגניזמים המתרבים מינית עוברים גם סוג של חלוקת תאים הנקראת מיוזה. מיוזיס מתרחשת ודומה לתהליך המיטוזה. עם זאת, לאחר מחזור תאים שלם, מיוזה מייצרת ארבעה תאי בת. כל תא מכיל מחצית ממספר הכרומוזומים של התא המקורי (האב). זה אומר שתאי המין הם . כאשר תאי מין זכריים ונקביים מתאחדים בתהליך שנקרא , הם יוצרים אחד שנקרא זיגוטה.

משמעות ביולוגית של חלוקת תאים.תאים חדשים נוצרים מחלוקה של תאים קיימים. אם אורגניזם חד-תאי מתחלק, נוצרים ממנו שניים חדשים. אורגניזם רב תאי גם מתחיל את התפתחותו לרוב עם תא בודד. באמצעות חלוקות חוזרות ונשנות, נוצר מספר עצום של תאים המרכיבים את הגוף. חלוקת תאים מבטיחה רבייה והתפתחות של אורגניזמים, ולכן את המשכיות החיים על פני כדור הארץ.

מחזור התא- חיי תא מרגע היווצרותו במהלך חלוקת תא האם ועד לחלוקה שלו (כולל חלוקה זו) או מוות.

במהלך מחזור זה, כל תא גדל ומתפתח בצורה כזו שיבצע בהצלחה את תפקידיו בגוף. לאחר מכן התא מתפקד למשך זמן מסוים, ולאחר מכן הוא מתחלק, יוצר תאי בת או מת.

בסוגים שונים של אורגניזמים, מחזור התא לוקח זמנים שונים: למשל, ב בַּקטֶרִיָהזה נמשך בערך 20 דקות, נעלי בית ריסים- מ-10 עד 20 שעות תאים של אורגניזמים רב-תאיים מתחלקים לעתים קרובות בשלבים המוקדמים של ההתפתחות, ואז מחזורי התא מתארכים באופן משמעותי. לדוגמה, מיד לאחר לידתו של אדם, תאי המוח מתחלקים מספר עצום של פעמים: 80% מהנוירונים במוח נוצרים בתקופה זו. עם זאת, רוב התאים הללו מאבדים במהירות את יכולת ההתחלקות, וחלקם שורדים עד למוות הטבעי של האורגניזם מבלי להתחלק כלל.

מחזור התא מורכב מאינטרפאזה וממיטוזה (איור 54).

Interphase- המרווח של מחזור התא בין שתי חלוקות. במהלך כל האינטרפאזה, הכרומוזומים אינם ספירליים הם ממוקמים בגרעין התא בצורה של כרומטין. ככלל, אינטרפאזה מורכבת משלוש תקופות: טרום סינתטי, סינתטי ופוסט סינתטי.

תקופה פרה-סינתטית (G,)- החלק הארוך ביותר של האינטרפאזה. זה יכול להימשך בסוגים שונים של תאים בין 2-3 שעות למספר ימים. במהלך תקופה זו, התא גדל, מספר האברונים גדל, אנרגיה וחומרים מצטברים להכפלת ה-DNA שלאחר מכן במהלך תקופת Gj, כל כרומוזום מורכב מכרומטיד אחד, כלומר מספר הכרומוזומים. p)וכרומטידות (עִם)התאמות. סט כרומוזומים וכרומוזומים

ניתן לבטא מאטיד (מולקולות DNA) של תא דיפלואידי בתקופת G r של מחזור התא על ידי כתיבה 2p2s.

בתקופה הסינתטית (S)שכפול DNA מתרחש, כמו גם סינתזה של חלבונים הנחוצים להיווצרות שלאחר מכן של כרומוזומים. INבמהלך אותה תקופה מתרחשת הכפלה של צנטריולים.

שכפול DNA נקרא שכפול.במהלך השכפול, אנזימים מיוחדים מפרידים בין שני הגדילים של מולקולת ה-DNA המקורית, ומפרקים את קשרי המימן בין נוקלאוטידים משלימים. מולקולות של DNA פולימראז, אנזים השכפול העיקרי, נקשרות לגדילים המופרדים. ואז מולקולות ה-DNA פולימראז מתחילות לנוע לאורך שרשראות האם, תוך שימוש בהן כתבניות, ולסנתז שרשראות בת חדשות, תוך בחירת נוקלאוטידים עבורן על פי עקרון ההשלמה (איור 55). לדוגמה, אם לקטע של שרשרת האם של ה-DNA יש את רצף הנוקלאוטידים A C G T G A, אז לקטע של שרשרת הבת יהיה הצורה THCACT. INבהקשר לכך, שכפול מכונה תגובות סינתזה של מטריצה. INכתוצאה משכפול נוצרות שתי מולקולות DNA דו-גדיליות זהות - INכל אחד מהם כולל שרשרת אחת של מולקולת האם המקורית ושרשרת בת אחת שסונתזה לאחרונה.

בסוף תקופת S, כל כרומוזום כבר מורכב משתי כרומטידות אחיות זהות המחוברות זו לזו בצנטרומר. מספר הכרומטידות בכל זוג כרומוזומים הומולוגיים הופך לארבעה. לפיכך, קבוצת הכרומוזומים והכרומטידים של תא דיפלואידי בסוף תקופת S (כלומר לאחר שכפול) מתבטאת על ידי הערך 2p4s.

תקופה פוסט-סינתטית (G 2)מתרחשת לאחר הכפלת ה-DNA - בשלב זה, התא צובר אנרגיה ומסנתז חלבונים לקראת החלוקה הקרובה (לדוגמה, החלבון טובולין לבניית מיקרוטובוליות, אשר יוצרות לאחר מכן את ציר החלוקה). במהלך כל תקופת C 2, קבוצת הכרומוזומים והכרומטידות בתא נשארת ללא שינוי - 2n4c.

האינטרפאזה מסתיימת ומתחילה חֲלוּקָה,כתוצאה מכך נוצרים תאי בת. במהלך מיטוזה (הדרך העיקרית של חלוקת תאים אוקריוטים), הכרומטידות האחיות של כל כרומוזום נפרדות זו מזו ומגיעות לתאי בת שונים. כתוצאה מכך, לתאי בת צעירים הנכנסים למחזור תאים חדש יש סט 2p2s.

לפיכך, מחזור התא מכסה את פרק הזמן מהופעת התא ועד לחלוקתו המלאה לשני תאי בת וכולל בין-פאזה (תקופות G r, S-, C 2) ומיטוזה (ראה איור 54). רצף זה של תקופות מחזור התא אופייני לתאים המתחלקים כל הזמן, למשל, עבור תאים של שכבת הנבט של האפידרמיס של העור, מח עצם אדום, הקרום הרירי של מערכת העיכול של בעלי חיים, ותאי החינוך. רקמה של צמחים. הם מסוגלים לחלק כל 12-36 שעות.

לעומת זאת, רוב התאים של אורגניזם רב-תאי הולכים בדרך של התמחות ולאחר שעברו חלק מתקופת Gj, יכולים לעבור למה שנקרא תקופת מנוחה (Go-period).תאים בתקופת G n מבצעים את תפקידיהם הספציפיים בגוף מתרחשים בהם תהליכים מטבוליים ואנרגיה, אך הכנה לשכפול אינה מתרחשת. תאים כאלה, ככלל, מאבדים לצמיתות את יכולתם להתחלק. דוגמאות כוללות נוירונים, תאים בעדשת העין ועוד רבים אחרים.

עם זאת, תאים מסוימים שנמצאים בתקופת Gn (לדוגמה, לויקוציטים, תאי כבד) יכולים לעזוב אותו ולהמשיך את מחזור התא, לעבור את כל תקופות האינטרפאזות והמיטוזה. כך, תאי כבד יכולים לרכוש שוב את היכולת להתחלק לאחר מספר חודשים של תקופת מנוחה.

מוות של תאים.מוות (מוות) של תאים בודדים או קבוצות שלהם מתרחש ללא הרף באורגניזמים רב-תאיים, כמו גם מוות של אורגניזמים חד-תאיים. ניתן לחלק מוות תאי לשתי קטגוריות: נמק (מיוונית. nekros- מת) ו-ap-ptosis, אשר נקרא לעתים קרובות מוות תאי מתוכנת או אפילו התאבדות תאים.

נֶמֶק- מוות של תאים ורקמות באורגניזם חי הנגרם כתוצאה מפעולה של גורמים מזיקים. נמק יכול להיגרם מחשיפה לטמפרטורות גבוהות ונמוכות, קרינה מייננת וכימיקלים שונים (כולל רעלים שמשתחררים על ידי פתוגנים). מוות של תאים נקרוטי נצפה גם כתוצאה מנזק מכני, הפרעה באספקת הדם ועצבוב של רקמות ותגובות אלרגיות.

בתאים פגומים, חדירות הממברנה מופרעת, סינתזת חלבון נעצרת, תהליכים מטבוליים אחרים נעצרים, הגרעין, האברונים ולבסוף התא כולו נהרס. תכונה של נמק היא שקבוצות שלמות של תאים נתונות למוות כזה (לדוגמה, במהלך אוטם שריר הלב, עקב הפסקת אספקת החמצן, מת קטע בשריר הלב המכיל תאים רבים). בדרך כלל, תאים גוססים מותקפים על ידי לויקוציטים, ומתפתחת תגובה דלקתית באזור הנמק.

אפופטוזיס- מוות תאי מתוכנת, מווסת על ידי הגוף. במהלך התפתחותו ותפקודו של הגוף חלק מתאיו מתים ללא נזק ישיר. תהליך זה מתרחש בכל שלבי חייו של האורגניזם, אפילו במהלך תקופת העובר.

בגוף הבוגר מתרחש גם מוות תאים מתוכנן ללא הרף. מיליוני תאי דם, אפידרמיס, רירית מערכת העיכול וכו' מתים לאחר הביוץ, חלק מתאי הזקיקים של השחלה מתים, ולאחר ההנקה מתים תאי בלוטות החלב. בגוף האדם הבוגר, 50-70 מיליארד תאים מתים מדי יום כתוצאה מאפופטוזיס. במהלך אפופטוזיס, התא מתפרק לשברים נפרדים המוקפים בפלזמה. בדרך כלל, שברי תאים מתים נספגים על ידי תאי דם לבנים או תאים שכנים מבלי לעורר תגובה דלקתית. מילוי תאים אבודים מובטח על ידי חלוקה.

לפיכך, נראה כי אפופטוזיס קוטעת את אינסוף חלוקות התאים. מ"לידתם" ועד לאפופטוזיס, תאים עוברים מספר מסוים של מחזורי תאים תקינים. לאחר כל אחד מהם, התא ממשיך או למחזור תאים חדש או לאפופטוזיס.

1. מהו מחזור התא?

2. מה נקרא interphase? אילו אירועים עיקריים מתרחשים בתקופות G r, S- ו-0 2 של האינטרפאזות?

3. אילו תאים מאופיינים ב-G 0 -nepnofl? מה קורה בתקופה הזו?

4. כיצד מתבצע שכפול DNA?

5. האם מולקולות ה-DNA המרכיבות את הכרומוזומים ההומולוגיים זהות? בהרכב של כרומטידות אחיות? מַדוּעַ?

6. מהו נמק? אפופטוזיס? מהם הדמיון וההבדלים בין נמק לאפופטוזיס?

7. מהי המשמעות של מוות תאי מתוכנת בחייהם של אורגניזמים רב-תאיים?

8. למה אתה חושב שברוב המוחלט של האורגניזמים החיים השומר העיקרי של המידע התורשתי הוא ה-DNA, וה-RNA מבצע רק פונקציות עזר?

פרק 1. רכיבים כימיים של אורגניזמים חיים

• § 1. תכולת יסודות כימיים בגוף. מאקרו ומיקרו-אלמנטים
• § 2. תרכובות כימיות באורגניזמים חיים. חומרים אנאורגניים

פרק 2. תא - יחידה מבנית ותפקודית של אורגניזמים חיים

• § 10. תולדות גילוי התא. יצירת תורת התא
• § 15. רטיקולום אנדופלזמי. מתחם גולגי. ליזוזומים

פרק 3. מטבוליזם והמרת אנרגיה בגוף

• § 24. מאפיינים כלליים של חילוף חומרים והמרת אנרגיה

פרק 4. ארגון מבני וויסות פונקציות באורגניזמים חיים

מחזור חיי התא, או מחזור התא, הוא פרק הזמן שבו הוא קיים כיחידה, כלומר תקופת החיים של התא. הוא נמשך מרגע הופעת התא כתוצאה מחלוקת אמו ועד לסיום חלוקתו, כאשר הוא "מתפרק" לשני תאי בת.

יש מקרים שבהם תא לא מתחלק. אז מחזור החיים שלו הוא התקופה מהופעת התא ועד מותו. בדרך כלל, תאים של מספר רקמות של אורגניזמים רב-תאיים אינם מתחלקים. לדוגמה, תאי עצב ותאי דם אדומים.

נהוג להבחין במספר תקופות, או שלבים ספציפיים, במחזור החיים של תאים אוקריוטיים. הם אופייניים לכל התאים המתחלקים. השלבים מסומנים G 1, S, G 2, M. משלב G 1, התא יכול להיכנס לשלב G 0, שנותר בו אינו מתחלק ובמקרים רבים מתמיין. במקרה זה, חלק מהתאים יכולים לחזור מ-G 0 ל-G 1 ולעבור את כל שלבי מחזור התא.

האותיות בקיצורי הפאזה הן האותיות הראשונות של מילים באנגלית: gap (מרווח), סינתזה (סינתזה), מיטוזה (מיטוזיס).

תאים מוארים עם מחוון פלואורסצנטי אדום בשלב G1. שאר השלבים של מחזור התא הם בצבע ירוק.

תְקוּפָה G 1 – פרה-סינטטי– מתחיל ברגע שהתא מופיע. ברגע זה הוא קטן יותר מזה של האם, יש בו מעט חומרים ומספר האברונים אינו מספיק. לכן, ב-G 1 מתרחשת צמיחת תאים, סינתזה של RNA, חלבונים ובניית אברונים. בדרך כלל, G 1 הוא השלב הארוך ביותר במחזור החיים של התא.

S – תקופה סינתטית. המאפיין החשוב ביותר שלו הוא הכפלת ה-DNA על ידי שכפול. כל כרומוזום הופך להיות מורכב משתי כרומטידות. במהלך תקופה זו, הכרומוזומים עדיין מיואש. בנוסף ל-DNA, הכרומוזומים מכילים חלבוני היסטון רבים. לכן, בשלב S, היסטונים מסונתזים בכמויות גדולות.

IN תקופה פוסט סינתטית - G 2- תא מתכונן להתחלק, בדרך כלל באמצעות מיטוזה. התא ממשיך לגדול, סינתזת ATP פעילה, והצנטריולים יכולים להכפיל את עצמו.

לאחר מכן, התא נכנס שלב חלוקת התא - M. זה המקום שבו גרעין התא מתחלק - מיטוזה, ולאחר מכן חלוקת הציטופלזמה - ציטוקינזיס. השלמת הציטוקינזיס מסמנת את סוף מחזור החיים של תא נתון ואת תחילת מחזורי התא של שניים חדשים.

שלב G 0לפעמים נקראת תקופת "מנוחה" של התא. התא "יוצא" מהמחזור הרגיל שלו. במהלך תקופה זו, התא עשוי להתחיל להתמיין ולעולם לא יחזור למחזוריות הרגילה. תאים מזדקנים יכולים גם להיכנס לשלב G0.

המעבר לכל שלב עוקב של המחזור נשלט על ידי מנגנונים סלולריים מיוחדים, מה שנקרא נקודות ביקורת - נקודות בקרה. כדי שהשלב הבא יתרחש, הכל בתא צריך להיות מוכן לכך, אסור שה-DNA יכיל שגיאות גסות וכו'.

שלבים G 0, G 1, S, G 2 יוצרים ביחד interphase - I.

רבייה והתפתחות של אורגניזמים, העברת מידע תורשתי והתחדשות מבוססות על חלוקת תאים. התא כשלעצמו קיים רק במרווח הזמן שבין החלוקה.

תקופת קיום התא מרגע היווצרותו על ידי חלוקת תא האם (כלומר גם החלוקה עצמה נכללת בתקופה זו) ועד לרגע החלוקה או המוות שלו עצמו נקרא חִיוּנִיאוֹ מחזור התא.

מחזור החיים של התא מחולק למספר שלבים:

• שלב הביקוע (שלב זה כאשר מתרחשת חלוקה מיטוטית);
• שלב הצמיחה (מיד לאחר החלוקה מתחילה צמיחת תאים, הוא גדל בנפח ומגיע לגודל מסוים);
• שלב המנוחה (בשלב זה טרם נקבע גורל התא בעתיד: התא יכול להתחיל בהכנות לחלוקה, או ללכת בדרך ההתמחות);
• שלב הבידול (התמחות). (מתרחש בסוף שלב הצמיחה - בשלב זה התא מקבל תכונות מבניות ותפקודיות מסוימות);
• שלב בגרות (תקופת תפקוד התא, ביצוע פונקציות מסוימות בהתאם להתמחות);
• שלב ההזדקנות (תקופה של היחלשות של הפונקציות החיוניות של התא, המסתיימת בחלוקה או במוות שלו).

משך מחזור התא ומספר השלבים הכלולים בו שונים עבור תאים. לדוגמה, לאחר תום התקופה העוברית, תאים של רקמת עצב מפסיקים להתחלק ולתפקד לאורך כל חיי האורגניזם, ואז מתים. דוגמה נוספת היא תאים עובריים. בשלב הריסוק, לאחר שסיימו חטיבה אחת, הם ממשיכים מיד לאחרת, עוקפים את כל שאר השלבים.

קיימות השיטות הבאות לחלוקת תאים:

1. מיטוזה או קריוקינזיס - חלוקה עקיפה;
2. מיוזה או חלוקת הפחתה - חלוקה, האופיינית לשלב ההתבגרות של תאי נבט או היווצרות נבגים בצמחי נבגים גבוהים יותר.

מיטוזיס הוא תהליך מתמשך, שכתוצאה ממנו מתרחשת תחילה ההכפלה, ולאחר מכן החומר התורשתי מתפזר באופן שווה בין תאי הבת. כתוצאה מהמיטוזה מופיעים שני תאים, שכל אחד מהם מכיל את אותו מספר כרומוזומים כמו שהיו בתא האם. כִּי הכרומוזומים של תאי הבת נגזרים מהכרומוזומים של האם באמצעות שכפול DNA מדויק, ולגנים שלהם יש בדיוק אותו מידע תורשתי. תאי הבת זהים גנטית לתא האב.
כך, במהלך מיטוזה, מתרחשת העברה מדויקת של מידע תורשתי מתאי הורה לבת. מספר התאים בגוף עולה כתוצאה ממיטוזה, שהיא אחד ממנגנוני הצמיחה העיקריים. יש לזכור שתאים בעלי מערכי כרומוזומים שונים יכולים להתחלק על ידי מיטוזה - לא רק דיפלואיד (תאים סומטיים של רוב בעלי החיים), אלא גם הפלואידים (אצות רבות, גמטופיטים של צמחים גבוהים יותר), טריפלואיד (אנדוספרם של אנגיוספרים) או פוליפלואידים.

ישנם מינים רבים של צמחים ובעלי חיים המתרבים באופן א-מיני באמצעות חלוקת תא מיטוטית אחת בלבד, כלומר. מיטוזה עומדת בבסיס רבייה א-מינית. הודות למיטוזה, מתרחשת החלפת תאים והתחדשות של חלקי גוף שאבדו, אשר תמיד קיימת במידה זו או אחרת בכל האורגניזמים הרב-תאיים. חלוקת תאים מיטוטיים מתרחשת בשליטה גנטית מלאה. מיטוזה היא האירוע המרכזי במחזור המיטוטי של התא.

מחזור מיטוטי - קומפלקס של אירועים הקשורים זה בזה ונקבעים כרונולוגית המתרחשים במהלך הכנת תא לחלוקה ובמהלך חלוקת התא עצמו. משך המחזור המיטוטי יכול להשתנות מאוד בין אורגניזמים שונים. המחזורים המיטוטים הקצרים ביותר נמצאים בביצי המחשוף של כמה בעלי חיים (לדוגמה, בדג זהב, חלוקות המחשוף הראשונות מתרחשות כל 20 דקות). משך הזמן הנפוץ ביותר של מחזורים מיטוטיים הוא 18-20 שעות. ישנם גם מחזורים הנמשכים מספר ימים. אפילו באיברים וברקמות שונים של אותו אורגניזם, משך המחזור המיטוטי יכול להיות שונה. לדוגמה, בעכברים, תאים של רקמת האפיתל של התריסריון מתחלקים כל 11 שעות, הג'חנון - כל 19 שעות, ובקרנית העין - כל 3 ימים.

מדענים אינם יודעים בדיוק אילו גורמים גורמים לתא לעבור מיטוזה. יש הנחה כי את התפקיד העיקרי כאן ממלא היחס הגרעיני-ציטופלזמה (היחס בין נפחי הגרעין והציטופלזמה). יש גם עדויות לכך שתאים גוססים מייצרים חומרים שיכולים לעורר חלוקת תאים.

ישנם שני אירועים עיקריים במחזור המיטוטי: interphase ובעצם עצמו חֲלוּקָה .

תאים חדשים נוצרים באמצעות שני תהליכים עוקבים:

1. מיטוזה, המובילה לשכפול גרעיני;
2. ציטוקינזיס - הפרדה של הציטופלזמה, במהלכה מופיעים שני תאי בת, שכל אחד מכיל גרעין בת אחד.

חלוקת התא עצמה אורכת בדרך כלל 1-3 שעות, ולכן החלק העיקרי של חיי התא עובר באינטרפאזי. Interphase הוא פרק הזמן בין שתי חלוקות תאים.משך האינטרפאז מהווה בדרך כלל עד 90% ממחזור התא כולו. Interphase מורכב משלוש תקופות: קדם סינתטי או G 1, מְלָאכוּתִי או S, ו פוסט סינתטי או G 2.

פרה-סינטטי תקופה היא התקופה הארוכה ביותר של האינטרפאז, משך הזמן שלה נע בין 10 שעות למספר ימים. מיד לאחר החלוקה משוחזרות התכונות הארגוניות של התא הבין-פאזי: הושלמה היווצרות הגרעין, סינתזת חלבון אינטנסיבית מתרחשת בציטופלזמה, המובילה לעלייה במסת התא, אספקת מבשרי DNA, אנזימים המזרזים את שכפול ה-DNA. נוצרות תגובה וכו'. הָהֵן. בתקופה הפרה-סינטטית מתקיימים תהליכי הכנה לתקופה הבאה של האינטרפאז - התקופה הסינתטית.

מֶשֶׁך מְלָאכוּתִי התקופה עשויה להשתנות: בחיידקים היא מספר דקות, בתאי יונקים היא יכולה להיות עד 6-12 שעות. במהלך התקופה הסינתטית מתרחשת הכפלה של מולקולות ה-DNA - האירוע העיקרי של אינטרפאזה. במקרה זה, כל כרומוזום הופך לביכרומטי, ומספרם אינו משתנה. במקביל לשכפול ה-DNA בציטופלזמה, מתרחש תהליך אינטנסיבי של סינתזה של חלבונים המרכיבים את הכרומוזומים.

למרות העובדה שהתקופה G 2 נקראת פוסט סינתטי , תהליכי סינתזה ממשיכים בשלב זה של האינטרפאזי. זה נקרא פוסט סינתטי רק בגלל שהוא מתחיל לאחר סיום תהליך סינתזת ה-DNA (שכפול). אם בתקופה הקדם-סינתטית מתרחשת צמיחה והכנה לסינתזת DNA, הרי שבתקופה הפוסט-סינתטית התא מתכונן לחלוקה, המתאפיינת גם בתהליכי סינתזה אינטנסיביים. בתקופה זו נמשך תהליך הסינתזה של חלבונים המרכיבים את הכרומוזומים; חומרי אנרגיה ואנזימים הנחוצים להבטחת תהליך חלוקת התאים מסונתזים; ספירליזציה של כרומוזומים מתחילה, חלבונים הדרושים לבניית המנגנון המיטוטי של התא (ציר החלוקה) מסונתזים; יש עלייה במסה של הציטופלזמה ונפח הגרעין גדל מאוד. בתום התקופה הפוסט-סינתטית, התא מתחיל להתחלק.