מחזור החיים הארוך ביותר מתאים לתאים. מחזור התא ותקופותיו. מחזור התא ומיוזה

שיעור זה מאפשר לך ללמוד באופן עצמאי את הנושא "מחזור החיים של תא". כאן נדבר על מה שמשחק תפקיד מרכזי בחלוקת תאים, המעביר מידע גנטי מדור לדור. כמו כן, תלמדו את כל מחזור החיים של תא, הנקרא גם רצף האירועים המתרחש מרגע היווצרות התא ועד לחלוקתו.

נושא: רבייה והתפתחות אינדיבידואלית של אורגניזמים

שיעור: מחזור חיי התא

1. מחזור התא

על פי תורת התאים, תאים חדשים נוצרים רק על ידי חלוקת תאי אם קודמים. לכרומוזומים, המכילים מולקולות DNA, תפקיד חשוב בתהליכי חלוקת התא, שכן הם מבטיחים העברת מידע גנטי מדור לדור.

לכן, חשוב מאוד שתאי הבת יקבלו את אותה כמות של חומר גנטי, וזה די טבעי שקודם לכן חלוקת תאיםמתרחשת הכפלה של החומר הגנטי, כלומר מולקולת ה-DNA (איור 1).

מהו מחזור התא? מחזור חיי התא- רצף האירועים המתרחשים מרגע היווצרות תא נתון ועד לחלוקתו לתאי בת. לפי הגדרה אחרת, מחזור התא הוא חייו של תא מרגע הופעתו כתוצאה מחלוקת תא האם ועד לחלוקתו או מותו שלו.

במהלך מחזור התא, תא גדל ומשתנה כדי לבצע בהצלחה את תפקידיו באורגניזם רב תאי. תהליך זה נקרא בידול. לאחר מכן התא מבצע בהצלחה את תפקידיו למשך פרק זמן מסוים, ולאחר מכן הוא מתחיל להתחלק.

ברור שכל התאים של אורגניזם רב תאי אינם יכולים להתחלק בלי סוף, אחרת כל היצורים, כולל בני האדם, יהיו בני אלמוות.

אוֹרֶז. 1. שבר של מולקולת DNA

זה לא קורה כי יש "גנים מוות" ב-DNA המופעלים בתנאים מסוימים. הם מסנתזים חלבוני אנזים מסוימים שהורסים מבני תאים ואברונים. כתוצאה מכך, התא מתכווץ ומת.

מוות תאי מתוכנת זה נקרא אפופטוזיס. אבל בתקופה מרגע הופעת התא ולפני האפופטוזיס, התא עובר חלוקות רבות.

2. שלבי מחזור התא

מחזור התא מורכב מ-3 שלבים עיקריים:

1. אינטרפאזה היא תקופה של צמיחה אינטנסיבית וביוסינתזה של חומרים מסוימים.

2. מיטוזיס, או קריוקינזיס (חלוקה גרעינית).

3. ציטוקינזיס (חלוקה ציטופלזמית).

נאפיין את שלבי מחזור התא ביתר פירוט. אז, הראשון הוא interphase. אינטרפאזה היא השלב הארוך ביותר, תקופה של סינתזה וצמיחה אינטנסיבית. התא מסנתז חומרים רבים הדרושים לצמיחתו וליישום כל הפונקציות הטבועות בו. במהלך האינטרפאזה מתרחשת שכפול DNA.

מיטוזיס הוא תהליך החלוקה הגרעינית שבו הכרומטידות מופרדות זו מזו ומחולקות מחדש ככרומוזומים בין תאי בת.

ציטוקינזיס הוא תהליך חלוקת הציטופלזמה בין שני תאי בת. בדרך כלל, תחת השם מיטוזה, ציטולוגיה משלבת שלבים 2 ו-3, כלומר, חלוקת תאים (קריוקינזיס) וחלוקה ציטופלזמית (ציטוקינזיס).

3. Interphase

הבה נאפיין את האינטרפאז בפירוט רב יותר (איור 2). Interphase מורכב מ-3 תקופות: G1, S ו-G2. התקופה הראשונה, קדם-סינתטי (G1) היא שלב של צמיחה אינטנסיבית של תאים.

אוֹרֶז. 2. השלבים העיקריים של מחזור חיי התא.

כאן מתרחשת הסינתזה של חומרים מסוימים. זהו השלב הארוך ביותר שאחרי חלוקת התא. בשלב זה מתרחשת הצטברות של חומרים ואנרגיה הדרושים לתקופה שלאחר מכן, כלומר להכפלת ה-DNA.

על פי תפיסות מודרניות, בתקופת G1 מסונתזים חומרים המעכבים או מגרים את התקופה הבאה של מחזור התא, כלומר התקופה הסינתטית.

התקופה הסינתטית (S), נמשכת בדרך כלל בין 6 ל-10 שעות, בניגוד לתקופה הפרה-סינתטית, שיכולה להימשך עד מספר ימים וכרוכה בשכפול של DNA, וכן בסינתזה של חלבונים, כמו חלבוני היסטון, אשר יכול ליצור כרומוזומים. עד סוף התקופה הסינתטית, כל כרומוזום מורכב משתי כרומטידות המחוברות זו לזו באמצעות צנטרומר. באותה תקופה, הצנטריולים מוכפלים.

התקופה הפוסט-סינתטית (G2) מתרחשת מיד לאחר הכפלת הכרומוזומים. זה נמשך בין 2 ל 5 שעות.

במהלך אותה תקופה, מצטברת האנרגיה הדרושה לתהליך נוסף של חלוקת תאים, כלומר ישירות למיטוזה.

במהלך תקופה זו מתרחשת חלוקת המיטוכונדריה והכלורופלסטים, ומסונתזים חלבונים, שייצרו לאחר מכן מיקרוטובולים. מיקרוטובוליות, כידוע, יוצרות את חוט הציר, והתא מוכן כעת למיטוזה.

4. תהליך שכפול DNA

לפני שנעבור לתיאור שיטות חלוקת תאים, הבה נבחן את תהליך שכפול ה-DNA, המוביל ליצירת שתי כרומטידות. תהליך זה מתרחש בתקופה הסינתטית. הכפלה של מולקולת DNA נקראת שכפול או שכפול (איור 3).

אוֹרֶז. 3. תהליך שכפול ה-DNA (שכפול) (תקופה סינתטית של אינטרפאזה). האנזים הליקאז (ירוק) משחרר את הסליל הכפול של ה-DNA, ופולימראזות ה-DNA (כחול וכתום) משלימים את הנוקלאוטידים המשלימים.

במהלך השכפול חלק ממולקולת ה-DNA האימהית נפרם לשני גדילים בעזרת אנזים מיוחד - הליקאז. יתר על כן, הדבר מושג על ידי שבירת קשרי מימן בין בסיסים חנקניים משלימים (A-T ו- G-C). לאחר מכן, עבור כל נוקלאוטיד של גדילי ה-DNA המתפצלים, האנזים DNA פולימראז מתאים לו נוקלאוטיד משלים.

זה יוצר שתי מולקולות DNA דו-גדיליות, שכל אחת מהן כוללת גדיל אחד של מולקולת האם וגדיל בת חדש אחד. שתי מולקולות ה-DNA זהות לחלוטין.

אי אפשר לשחרר את כל מולקולת ה-DNA הגדולה בו-זמנית לצורך שכפול. לכן, שכפול מתחיל בחלקים נפרדים של מולקולת ה-DNA, נוצרים שברים קצרים, אשר לאחר מכן נתפרים לגדיל ארוך באמצעות אנזימים מסוימים.

משך מחזור התא תלוי בסוג התא ובגורמים חיצוניים כמו טמפרטורה, זמינות חמצן וזמינות חומרי הזנה. לדוגמה, תאי חיידקים בתנאים נוחים מתחלקים כל 20 דקות, תאי אפיתל מעיים כל 8-10 שעות ותאי קצה שורש הבצל מתחלקים כל 20 שעות. וכמה תאים של מערכת העצבים אף פעם לא מתחלקים.

הופעתה של תורת התא

במאה ה-17, הרופא האנגלי רוברט הוק (איור 4), באמצעות מיקרוסקופ אור תוצרת בית, ראה כי הפקק ורקמות צמחים אחרות מורכבות מתאים קטנים המופרדים על ידי מחיצות. הוא קרא להם תאים.

אוֹרֶז. 4. רוברט הוק

בשנת 1738 הגיע הבוטנאי הגרמני מתיאס שליידן (איור 5) למסקנה שרקמות הצמח מורכבות מתאי. בדיוק שנה לאחר מכן הגיע הזואולוג תיאודור שוואן (איור 5) לאותה מסקנה, אך רק לגבי רקמות בעלי חיים.

אוֹרֶז. 5. מתיאס שליידן (משמאל) תיאודור שוואן (מימין)

הוא הגיע למסקנה שרקמות בעלי חיים, כמו רקמות צמחיות, מורכבות מתאי ושתאים הם הבסיס לחיים. בהתבסס על נתונים סלולריים, מדענים גיבשו את תורת התא.

אוֹרֶז. 6. רודולף וירצ'וב

20 שנה מאוחר יותר, רודולף וירצ'וב (איור 6) הרחיב את תורת התאים והגיע למסקנה שתאים יכולים להיווצר מתאי אחרים. הוא כתב: "במקום שקיים תא, חייב להיות תא קודם, כשם שבעלי חיים מגיעים רק מחיה, וצמחים רק מצמח... כל צורות החיים, בין אם אורגניזמים של בעלי חיים או צמחיים, או חלקיהם המרכיבים, הם נשלט על ידי החוק הנצחי של התפתחות מתמשכת."

מבנה הכרומוזומים

כידוע, לכרומוזומים תפקיד מרכזי בחלוקת תאים מכיוון שהם מעבירים מידע גנטי מדור לדור. כרומוזומים מורכבים ממולקולת DNA הקשורה לחלבוני היסטון. ריבוזומים מכילים גם כמות קטנה של RNA.

בתאים מתחלקים, הכרומוזומים מוצגים בצורה של חוטים דקים ארוכים, מפוזרים באופן שווה בכל נפח הגרעין.

לא ניתן להבחין בכרומוזומים בודדים, אך החומר הכרומוזומלי שלהם מוכתם בצבעים בסיסיים ונקרא כרומטין. לפני חלוקת התא, הכרומוזומים (איור 7) מתעבים ומתקצרים, מה שמאפשר לראות אותם בבירור במיקרוסקופ אור.

אוֹרֶז. 7. כרומוזומים בפרופאזה 1 של המיוזה

במצב מפוזר, כלומר, מתוח, הכרומוזומים משתתפים בכל התהליכים הביוסינתטיים או מווסתים תהליכים ביו-סינתטיים, ובמהלך חלוקת התא פונקציה זו מושעה.

בכל צורות חלוקת התא, ה-DNA של כל כרומוזום משוכפל כך שנוצרים שני גדילי פולינוקלאוטידים זהים, כפולים של DNA.

אוֹרֶז. 8. מבנה הכרומוזומים

שרשראות אלו מוקפות במעטפת חלבון ובתחילת חלוקת התא הן נראות כמו חוטים זהים המונחים זה לצד זה. כל חוט נקרא כרומטיד והוא מחובר לחוט השני על ידי אזור שאינו מכתים הנקרא צנטרומר (איור 8).

שִׁעוּרֵי בַּיִת

1. מהו מחזור התא? מאילו שלבים הוא מורכב?

2. מה קורה לתא בזמן האינטרפאזה? מאילו שלבים מורכב אינטרפאז?

3. מהו שכפול? מהי המשמעות הביולוגית שלו? מתי זה קורה? אילו חומרים מעורבים בו?

4. כיצד נוצרה תורת התא? ציינו את המדענים שהשתתפו בהיווצרותו.

5. מהו כרומוזום? מה תפקידם של הכרומוזומים בחלוקת התא?

1. ספרות טכנית והומניטרית.

2. אוסף מאוחד של משאבים חינוכיים דיגיטליים.

3. אוסף מאוחד של משאבים חינוכיים דיגיטליים.

4. אוסף מאוחד של משאבים חינוכיים דיגיטליים.

5. פורטל אינטרנט Schooltube.

הפניות

1. Kamensky A. A., Kriksunov E. A., Pasechnik V. V. Biology General 10-11 Class Bustard, 2005.

2. ביולוגיה. כיתה י'. ביולוגיה כללית. רמה בסיסית / P. V. Izhevsky, O. A. Kornilova, T. E. Loshchilina ואחרים - מהדורה 2, מתוקנת. - Ventana-Graf, 2010. - 224 עמ'.

3. Belyaev D.K ביולוגיה 10-11. ביולוגיה כללית. רמה בסיסית. - מהדורה 11, סטריאוטיפ. - מ.: חינוך, 2012. - 304 עמ'.

4. ביולוגיה כיתה יא. ביולוגיה כללית. רמת פרופיל / V. B. Zakharov, S. G. Mamontov, N. I. Sonin ואחרים - מהדורה 5, סטריאוטיפ. - Bustard, 2010. - 388 עמ'.

5. Agafonova I. B., Zakharova E. T., Sivoglazov V. I. ביולוגיה 10-11 כיתה. ביולוגיה כללית. רמה בסיסית. - מהדורה 6, הוסף. - Bustard, 2010. - 384 עמ'.

נושא: רבייה והתפתחות אינדיבידואלית של אורגניזמים

שיעור: מחזור חיי התא

על פי תורת התאים, תאים חדשים נוצרים רק על ידי חלוקת תאי אם קודמים. , המכילות מולקולות DNA, ממלאות תפקיד חשוב בתהליכי חלוקת התא, שכן הן מבטיחות העברת מידע גנטי מדור לדור.

ברור שכל התאים של אורגניזם רב תאי אינם יכולים להתחלק בלי סוף, אחרת כל היצורים, כולל בני האדם, יהיו בני אלמוות.

אוֹרֶז. 1. שבר של מולקולת DNA

מוות תאי מתוכנת זה נקרא אפופטוזיס. אבל בתקופה מרגע הופעת התא ולפני האפופטוזיס, התא עובר חלוקות רבות.

מחזור התא מורכב מ-3 שלבים עיקריים:

1. אינטרפאזה היא תקופה של צמיחה אינטנסיבית וביוסינתזה של חומרים מסוימים.

2. מיטוזיס, או קריוקינזיס (חלוקה גרעינית).

3. ציטוקינזיס (חלוקה ציטופלזמית).

מיטוזיס הוא תהליך החלוקה הגרעינית שבו הכרומטידות מופרדות זו מזו ומחולקות מחדש ככרומוזומים בין תאי בת.

הבה נאפיין את האינטרפאז בפירוט רב יותר (איור 2). אינטרפאזה מורכבת מ-3 תקופות: G 1, S ו-G 2. התקופה הראשונה, פרה-סינטטית (G 1) היא השלב של גידול תאים אינטנסיבי.

אוֹרֶז. 2. השלבים העיקריים של מחזור חיי התא.

לפי תפיסות מודרניות, בתקופת G 1, מסונתזים חומרים המעכבים או מגרים את התקופה הבאה של מחזור התא, כלומר התקופה הסינתטית.

התקופה הפוסט-סינתטית (G 2) מתרחשת מיד לאחר הכפלת הכרומוזומים. זה נמשך בין 2 ל 5 שעות.

במהלך אותה תקופה, מצטברת האנרגיה הדרושה לתהליך נוסף של חלוקת תאים, כלומר ישירות למיטוזה.

הופעתה של תורת התא

אוֹרֶז. 4. רוברט הוק

אוֹרֶז. 5. מתיאס שליידן (משמאל) תיאודור שוואן (מימין)

אוֹרֶז. 6. רודולף וירצ'וב

מבנה הכרומוזומים

בתאים מתחלקים, הכרומוזומים מוצגים בצורה של חוטים דקים ארוכים, מפוזרים באופן שווה בכל נפח הגרעין.

אוֹרֶז. 7. כרומוזומים בפרופאזה 1 של המיוזה

בכל צורות חלוקת התא, ה-DNA של כל כרומוזום משוכפל כך שנוצרים שני גדילי פולינוקלאוטידים זהים, כפולים של DNA.

אוֹרֶז. 8. מבנה הכרומוזומים

שִׁעוּרֵי בַּיִת

1. מהו מחזור התא? מאילו שלבים הוא מורכב?

2. מה קורה לתא בזמן האינטרפאזה? מאילו שלבים מורכב אינטרפאז?

3. מהו שכפול? מהי המשמעות הביולוגית שלו? מתי זה קורה? אילו חומרים מעורבים בו?

4. כיצד נוצרה תורת התא? ציינו את המדענים שהשתתפו בהיווצרותו.

5. מהו כרומוזום? מה תפקידם של הכרומוזומים בחלוקת התא?

1. ספרות טכנית והומניטרית ().

2. אוסף מאוחד של משאבים חינוכיים דיגיטליים ().

3. אוסף מאוחד של משאבים חינוכיים דיגיטליים ().

4. אוסף מאוחד של משאבים חינוכיים דיגיטליים ().

הפניות

1. Kamensky A. A., Kriksunov E. A., Pasechnik V. V. Biology General 10-11 Class Bustard, 2005.

3. Belyaev D.K ביולוגיה 10-11. ביולוגיה כללית. רמה בסיסית. - מהדורה 11, סטריאוטיפ. - מ.: חינוך, 2012. - 304 עמ'.

5. Agafonova I. B., Zakharova E. T., Sivoglazov V. I. ביולוגיה 10-11 כיתה. ביולוגיה כללית. רמה בסיסית. - מהדורה 6, הוסף. - Bustard, 2010. - 384 עמ'.

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

תקופת קיומו של תא מרגע היווצרותו על ידי חלוקת תא האם (כלומר גם החלוקה עצמה כלולה בתקופה זו) ועד לרגע החלוקה או המוות שלו עצמו נקראת 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 לשלב הבא, עוקפים את כל שאר השלבים.

קיימות השיטות הבאות לחלוקת תאים:

מיטוזה או קריוקינזיס - חלוקה עקיפה;
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 של 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:

מיטוזה, המובילה לשכפול גרעיני;
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: פרה-סינטטי 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 האינטרפאזה. 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.

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 האיקריוטים

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). עבור רוב 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 בעת 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 והיווצרות 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, חסימה של מחזור התא לא 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 נדונים 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, כמה גרסאות של חלוקה גרעינית באאוקריוטים לא יכולות להיקרא 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. לדוגמה, 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 לפרק 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.

אהבתם את הכתבה? שתף אותו

הדפס מאמר זה