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

מחזור התא הוא תקופת קיום התא מרגע היווצרותו דרך חלוקת תא האם ועד לחלוקתו או מותו שלו.

משך מחזור התא

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

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).

Interphase מורכב ממספר תקופות:

G 1-phase (מאנגלית. פער- מרווח), או שלב הצמיחה הראשוני, שבמהלכו מתרחשת סינתזה של mRNA, חלבונים ורכיבים תאיים אחרים;

S-phase (מאנגלית. סִינתֶזָה- סינתזה), שבמהלכה מתרחשת שכפול DNA של גרעין התא, מתרחשת גם הכפלה של צנטריולים (אם הם קיימים, כמובן).

שלב G 2, שבמהלכו מתרחשת הכנה למיטוזה.

בתאים מובחנים שאינם מתחלקים עוד, ייתכן שאין שלב G 1 במחזור התא. תאים כאלה נמצאים בשלב המנוחה G0.

תקופת חלוקת התא (שלב M) כוללת שני שלבים:

קריוקינזיס (חלוקה של גרעין התא);

ציטוקינזיס (חלוקת ציטופלזמה).

בתורו, מיטוזה מחולקת לחמישה שלבים.

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.

חלוקת תא- קבוצה של תהליכים שבגללם נוצרים שני תאי בת או יותר מתא אם אחד.חלוקת תאים היא הבסיס הביולוגי של החיים. במקרה של אורגניזמים חד-תאיים, אורגניזמים חדשים נוצרים באמצעות חלוקת תאים. באורגניזמים רב-תאיים, חלוקת תאים קשורה לרבייה א-מינית ומינית, צמיחה ושיקום של רבים מהמבנים שלהם. המשימה העיקרית של חלוקת התא היא העברת מידע תורשתי לדור הבא. לתאים פרוקריוטיים אין גרעין נוצר, ולכן חלוקת התא שלהם לשני תאי בת קטנים יותר, הידועים בשם חלוקה בינארית,קל ומהיר יותר. באוקריוטים ישנם מספר סוגים של חלוקת תאים:

חלוקה מיטוטית- חלוקה שבה שני תאי בת עם אותה קבוצת כרומוזומים נוצרים מתא אם אחד (עבור תאים סומטיים)

חלוקה מיוטי -חלוקה שבה תא אם אחד מייצר ארבעה תאי בת עם קבוצה חצי (הפלואידית) של כרומוזומים (באורגניזמים עם רבייה מינית)

ניצנים -חלוקה שבה נוצרים שני תאי בת מתא אם אחד, שאחד מהם גדול יותר מהשני (לדוגמה, בשמרים)

חלוקה מרובה(סכיזוגוניה) - חלוקה שבה נוצרים תאי בת רבים מתא אם אחד (למשל בפלסמודיום המלריה).

חלוקת התא היא חלק ממחזור התא. מחזור התא- זוהי תקופת קיומו של תא מחלוקה אחת לאחרת.משך תקופה זו משתנה באורגניזמים שונים (למשל בחיידקים - 20-30 דקות, עבור לויקוציטים אנושיים - 4-5 ימים) ותלוי בגיל, טמפרטורה, כמות DNA, סוג תאים וכו'. באורגניזמים חד-תאיים, מחזור התא עולה בקנה אחד עם חייו של הפרט, ובאורגניזמים רב-תאיים, בתאי גוף המתחלקים ברציפות, הוא חופף למחזור המיטוטי. התהליכים המולקולריים המתרחשים במהלך מחזור התא הם עוקבים. אי אפשר לבצע את מחזור התא בכיוון ההפוך. תכונה חשובה של כל האיקריוטים היא ששלבי המעבר של מחזור התא כפופים לתיאום מדויק. שלב אחד של מחזור התא מוחלף באחר לפי סדר קבוע, ולפני תחילת השלב הבא, יש להשלים כראוי את כל התהליכים הביוכימיים האופייניים לשלב הקודם. שיבושים במהלך מחזור התא עלולים להוביל להפרעות כרומוזומליות. לדוגמה, חלק מהכרומוזומים עלול ללכת לאיבוד, להתפזר בצורה לא מספקת בין שני תאי בת וכדומה. הפרעות כרומוזומליות כאלה אופייניות לתאי סרטן. ישנן שתי מחלקות עיקריות של מולקולות רגולטוריות המכוונות את מחזור התא. אלו הם ציקלין ואנזימי קינאז תלויי ציקלין. L. Hartwell, R. Hunt ו-P. Nurse קיבלו את פרס נובל לרפואה או פיזיולוגיה לשנת 2001 על גילוי המולקולות המרכזיות הללו בוויסות מחזור התא.

התקופות העיקריות של מחזור התא הן אינטרפאזה, מיטוזה וציטוקינזיס.

מחזור התא= אינטרפאזה + מיטוזיס + ציטוקינזיס

Interphase (La T. ביניים - בין, פאזה - מראה) - התקופה שבין חלוקת התא או מחלוקת התא ועד מותו.

משך האינטרפאזה, ככלל, הוא עד 90% מהזמן של כל מחזור התא. המאפיין העיקרי של תאים בין-פאזיים הוא מצב הדה-פירליזציה של הכרומטין. בתאים שאיבדו את יכולת ההתחלקות (כגון נוירונים), האינטרפאזה תהיה התקופה מהמיטוזה האחרונה ועד למותו של התא.

Interphase מבטיח צמיחת תאים, הכפלה של מולקולות DNA, סינתזה של תרכובות אורגניות, שגשוג של מיטוכונדריה והצטברות אנרגיה ב-ATP, הנחוצה להבטחת חלוקת התא.

Interphase כולל תקופות פרה-סינטטיות, סינתטיות ופוסט-סינתטיות. תקופה פרה-סינתטית(שלב G1) - מאופיין בצמיחת תאים. בתקופה זו, שהיא הארוכה ביותר, תאים גדלים, מתמיינים ומבצעים את תפקידיהם. בתאים מובחנים שכבר אינם מתחלקים, אין שלב G1 במחזור התא. תאים כאלה נמצאים בתקופה של מנוחה (שלב G0). תקופה סינתטית(S-phase) היא תקופה שבה האירוע העיקרי הוא שכפול ה-DNA. כל כרומוזום בתקופה זו הופך לביכרומטי. תקופה פוסט-סינתטית(שלב G2) - תקופת ההכנה המיידית למיטוזה.

אירועים מרכזיים במהלך שלב הביניים

מיטוזה היא סוג החלוקה העיקרי של תאים אוקריוטיים.חלק זה מורכב מ-4 שלבים ( פרופאזה, מטאפאזה, אנפאזה, טלופזה) ונמשך בין מספר דקות ל-2-3 שעות.

קנטוקינזיס(אוֹ ציטוטומיה) - חלוקה של הציטופלזמה של תא אוקריוטי, המתרחשת לאחר חלוקת הגרעין בתא (מיטוזה). ברוב המקרים, הציטופלזמה והאברונים של התא מחולקים בערך באופן שווה בין תאי הבת. היוצא מן הכלל הוא אוגנזה, שבמהלכה הביצית העתידית מקבלת כמעט את כל הציטופלזמה והאברונים, בעוד שהגופים הקוטביים אינם מכילים אותם כמעט ומתים במהרה. במקרים בהם החלוקה הגרעינית אינה מלווה בציטוקינזיס, נוצרים תאים מרובי גרעינים (לדוגמה, סיבי שריר רוחביים). ציטוקינזיס מתרחשת מיד לאחר הטלופאז. בתאי בעלי חיים, במהלך הטלופאז, קרום הפלזמה מתחיל להתקפל פנימה בקו המשווה (בהשפעת מיקרופילמנטים) ומחלק את התא לשניים. בתאי צמחים, גוף נוצר ממיקרופילמנטים בקו המשווה - phragmoblast.מיטוכונדריה, ER, מנגנון גולגי וריבוזומים עוברים אליו. השלפוחיות ממנגנון גולגי מתחברות ויוצרות לוחית תא, המתרבה ומתמזגת עם דופן התא של תא האם.

ביולוגיה +אפופטוזיסהיא תופעה של מוות תאים מתוכנת. בניגוד לסוג אחר של מוות תאי - נמק- בזמן אפופטוזיס אין הרס של הממברנה הציטופלזמית, ובהתאם, תכולת התא לא נכנסת לסביבה החוץ-תאית. תכונה אופיינית היא פיצול ה-DNA על ידי אנזים ספציפי, אנדונוקלאז, למקטעים. תהליך האפופטוזיס הכרחי לוויסות הפיזיולוגי של מספר התאים בגוף, להרס של תאים ישנים, לנפילת עלי סתיו, להשפעה הציטוטוקסית של לימפוציטים רוצחים, לעוברות הגוף וכו'. אפופטוזיס תאי תקין מוביל לשגשוג תאים בלתי מבוקר ולהופעת גידול.

על מנת שתא יתחלק במלואו, עליו להגדיל את גודלו וליצור מספר מספיק של אברונים. וכדי לא לאבד מידע תורשתי בחלוקה לשניים, היא חייבת לעשות עותקים של הכרומוזומים שלה. ולבסוף, על מנת להפיץ מידע תורשתי באופן שווה בהחלט בין שני תאי בת, עליו לסדר את הכרומוזומים בסדר הנכון לפני הפצתם לתאי הבת. כל המשימות החשובות הללו מבוצעות במהלך מחזור התא.

מחזור התא חשוב כי... הוא מדגים את החשוב ביותר: היכולת להתרבות, לגדול ולהבדיל. חליפין מתרחש גם, אבל זה לא נחשב כאשר לומדים את מחזור התא.

הגדרת המושג

מחזור התא - זוהי תקופת החיים של תא מלידה ועד להיווצרות תאי בת.

בתאי בעלי חיים, מחזור התא, פרק הזמן בין שתי חלוקות (מיטוזות), נמשך בממוצע בין 10 ל-24 שעות.

מחזור התא מורכב ממספר תקופות (מילה נרדפת: פאזות), המחליפות זו את זו באופן טבעי. ביחד, השלבים הראשונים של מחזור התא (G 1, G 0, S ו-G 2) נקראים interphase , והשלב האחרון נקרא .

אורז. 1.מחזור התא.

תקופות (שלבים) של מחזור התא

1. תקופת הגידול הראשון G1 (מהאנגלית Growth - צמיחה), היא 30-40% מהמחזור, ותקופת המנוחה G 0

מילים נרדפות: תקופה פוסטמיטוטית (מתרחשת לאחר מיטוזה), תקופה פרה-סינתטית (חולפת לפני סינתזת DNA).

מחזור התא מתחיל עם לידתו של תא כתוצאה ממיטוזה. לאחר החלוקה, תאי הבת מצטמצמים בגודלם ויש להם פחות אברונים מהרגיל. לכן, תא קטן "יילוד" בתקופה הראשונה (שלב) של מחזור התא (G 1) גדל וגדל בגודלו, ויוצר גם את האברונים החסרים. יש סינתזה פעילה של חלבונים הנחוצה לכל זה. כתוצאה מכך, התא הופך למלא, אפשר לומר, "מבוגר".

כיצד מסתיימת בדרך כלל תקופת הגדילה G1 עבור תא?

1. כניסת התא לתהליך. בשל התמיינות, התא רוכש מאפיינים מיוחדים לביצוע פונקציות הנחוצות לכל האיבר והאורגניזם. ההתמיינות מופעלת על ידי חומרי בקרה (הורמונים) הפועלים על הקולטנים המולקולריים המתאימים של התא. תא שסיים את ההתמיינות שלו יוצא ממחזור החלוקה ונמצא בפנים תקופת מנוחה G 0 . נדרשת חשיפה לחומרים מפעילים (מיטוגנים) כדי שהוא יעבור דה-דיפרנציאציה ויחזור למחזור התא.
2. מוות (מוות) של התא.
3. כניסה לתקופה הבאה של מחזור התא - סינתטי.

2. תקופה סינתטית S (מאנגלית Synthesis - synthesis), מהווה 30-50% מהמחזור

המושג סינתזה בשם תקופה זו מתייחס אליו סינתזת DNA (שכפול) , ולא לשום תהליכי סינתזה אחרים. לאחר שהגיע לגודל מסוים כתוצאה ממעבר תקופת הגדילה הראשונה, התא נכנס לתקופה הסינתטית, או לשלב, S, שבו מתרחשת סינתזת DNA. עקב שכפול ה-DNA, התא מכפיל את החומר הגנטי שלו (כרומוזומים), בגלל עותק מדויק של כל כרומוזום נוצר בגרעין. כל כרומוזום הופך לכפול וכל מערך הכרומוזומים הופך לכפול, או דיפלואיד . כתוצאה מכך, התא מוכן כעת לחלק את החומר התורשתי באופן שווה בין שני תאי בת מבלי לאבד גן אחד.

3. תקופת הגידול השני G 2 (מהאנגלית Growth - צמיחה), היא 10-20% מהמחזור

מילים נרדפות: תקופה פרמיטוטית (חולפת לפני מיטוזה), תקופה פוסט-סינתטית (מתרחשת לאחר התקופה הסינתטית).

תקופת G2 היא הכנה לחלוקת התא הבאה. במהלך התקופה השנייה של גידול G 2, התא מייצר חלבונים הדרושים למיטוזה, במיוחד טובולין עבור הציר; יוצר עתודות אנרגיה בצורה של ATP; בודק האם שכפול ה-DNA הושלם ומתכונן לחלוקה.

4. תקופת החלוקה המיטוטית M (מאנגלית מיטוזיס - מיטוזיס), היא 5-10% מהמחזור

לאחר החלוקה, התא נכנס לשלב G1 חדש ומחזור התא מסתיים.

ויסות מחזור התא

ברמה המולקולרית, המעבר משלב אחד של המחזור לשלב אחר מווסת על ידי שני חלבונים - ציקליןו קינאז תלוי ציקלין(CDK).

כדי לווסת את מחזור התא, נעשה שימוש בתהליך של זרחון/דה-פוספורילציה הפיך של חלבונים מווסתים, כלומר. תוספת של פוספטים אליהם ולאחר מכן חיסול. חומר המפתח המווסת את כניסתו של תא למיטוזה (כלומר, המעבר שלו משלב G 2 לשלב M) הוא חומר ספציפי סרין/תרונין חלבון קינאז, שנקרא גורם התבגרות- FS, או MPF, מהגורם מקדם התבגרות באנגלית. בצורתו הפעילה, אנזים חלבון זה מזרז את הזרחון של חלבונים רבים המעורבים במיטוזה. אלה הם, למשל, היסטון H1, שהוא חלק מהכרומטין, למין (מרכיב ציטושלד הממוקם בממברנה הגרעינית), גורמי שעתוק, חלבוני ציר מיטוטי וכן מספר אנזימים. זרחון של חלבונים אלו על ידי גורם ההבשלה MPF מפעיל אותם ומתניע את תהליך המיטוזה. לאחר השלמת המיטוזה, תת-היחידה הרגולטורית של PS, ציקלין, מסומן באוביקוויטין ועובר פירוק (פרוטאוליזה). עכשיו תורך חלבון פוספטאז, אשר דה-פוספורילטים חלבונים שלקחו חלק במיטוזה, ובכך מעבירים אותם למצב לא פעיל. כתוצאה מכך, התא חוזר למצב הבין-פאזי.

PS (MPF) הוא אנזים הטרודימרי הכולל תת-יחידה רגולטורית, דהיינו ציקלין, ותת-יחידה קטליטית, דהיינו קינאז תלוי-ציקלין CDK, הידוע גם בשם p34cdc2; 34 kDa. הצורה הפעילה של אנזים זה היא רק הדימר CZK + cyclin. בנוסף, פעילות CZK מווסתת על ידי זרחון הפיך של האנזים עצמו. ציקלינים קיבלו את השם הזה מכיוון שריכוזם משתנה באופן מחזורי בהתאם לתקופות של מחזור התא, בפרט, הוא יורד לפני תחילת חלוקת התא.

מספר ציקלינים שונים וקינאזות תלויות ציקלין קיימים בתאי חוליות. שילובים שונים של שתי תת-יחידות אנזימים מווסתות את התחלת המיטוזה, תחילת תהליך השעתוק בשלב G1, מעבר הנקודה הקריטית לאחר השלמת השעתוק, תחילת תהליך שכפול ה-DNA בתקופת S של אינטרפאזה (התחלת מעבר ) ומעברי מפתח אחרים של מחזור התא (לא מוצג בתרשים).
בביציות של צפרדע, הכניסה למיטוזה (מעבר G2/M) מווסתת על ידי שינוי ריכוז הציקלין. ציקלין מסונתז ברציפות ב-interphase עד הגעה לריכוז המקסימלי בשלב M, כאשר כל המפל של זרחון חלבון המזוזז על ידי PS יוצא לדרך. בסוף המיטוזה, ציקלין נהרס במהירות על ידי פרוטאינזים, המופעלים גם על ידי PS. במערכות תאיות אחרות, פעילות PS מווסתת על ידי דרגות שונות של זרחון של האנזים עצמו.

מחזור החיים של תא כולל את תחילת היווצרותו וסיום קיומו כיחידה עצמאית. נתחיל מזה שתא מופיע בזמן חלוקת תא האם שלו, ומסיים את קיומו עקב החלוקה או המוות הבאות.

מחזור החיים של תא מורכב מאינטרפאזה ומיטוזה. בתקופה זו התקופה הנחשבת שווה ערך לתקופה הסלולרית.

מחזור חיי התא: אינטרפאזי

זוהי התקופה בין שתי חלוקות תאים מיטוטיות. רביית הכרומוזומים ממשיכה בדומה לשכפול (שכפול חצי שמרני) של מולקולות DNA. ב-interphase, גרעין התא מוקף במעטפת כפולת ממברנה מיוחדת, והכרומוזומים אינם מעוותים ואינם נראים במיקרוסקופ אור רגיל.

כאשר תאים מוכתמים ומקובעים, מצטבר חומר בעל צבע רב, כרומטין. ראוי לציין כי הציטופלזמה מכילה את כל האברונים הנדרשים. זה מבטיח את קיומו המלא של התא.

במחזור החיים של תא, אינטרפאזה מלווה בשלוש תקופות. בואו נסתכל מקרוב על כל אחד מהם.

תקופות של מחזור החיים של התא (אינטרפאזות)

הראשון נקרא סינתטי מחדש. התוצאה של מיטוזה קודמת היא עלייה במספר התאים. כאן, התעתוק של מולקולות RNA שזה עתה נוצרו (אינפורמטיבי) מתרחש, והמולקולות של ה-RNA הנותר עוברות שיטתיות, חלבונים מסונתזים בגרעין ובציטופלזמה. חלק מהחומרים של הציטופלזמה מתפרקים בהדרגה עם היווצרות ATP, המולקולות שלו ניחנות בקשרים בעלי אנרגיה גבוהה, הם מעבירים אנרגיה למקומות שבהם זה לא מספיק. במקביל, התא מתגבר ומגיע לגודל תא האם. תקופה זו נמשכת זמן רב עבור תאים מיוחדים, במהלכה הם מבצעים את תפקידיהם המיוחדים.

התקופה השנייה ידועה בשם מְלָאכוּתִי(סינתזת DNA). החסימה שלו יכולה להוביל לעצירת המחזור כולו. כאן מתרחשת שכפול של מולקולות DNA, כמו גם סינתזה של חלבונים המשתתפים ביצירת הכרומוזומים.

מולקולות DNA מתחילות להיקשר למולקולות חלבון, וכתוצאה מכך הכרומוזומים מתעבים. במקביל, נצפית רבייה של centrioles, בסופו של דבר מופיעים 2 זוגות. הצנטריול החדש בכל הזוגות ממוקם ביחס לזה הישן בזווית של 90°. לאחר מכן, כל זוג עובר לקטבי התא במהלך המיטוזה הבאה.

התקופה הסינתטית מאופיינת הן בסינתזה מוגברת של DNA והן בקפיצה חדה ביצירת מולקולות RNA, כמו גם חלבונים, לתוך התאים.

שיעור שלישי - פוסט סינתטי. זה מאופיין בנוכחות של הכנת תאים לחלוקה שלאחר מכן (מיטוטי). תקופה זו, ככלל, תמיד נמשכת פחות מאחרות. לפעמים זה נופל לגמרי.

משך זמן הדור

במילים אחרות, זה כמה זמן נמשך מחזור החיים של תא. משך זמן הדור, כמו גם תקופות בודדות, מקבל ערכים שונים בתאים שונים. ניתן לראות זאת מהטבלה למטה.

אז, מחזור החיים הקצר ביותר של התא הוא זה של קמבילים. קורה שהתקופה השלישית, התקופה הפוסט-סינתטית, נושרת לחלוטין. לדוגמא, בחולדה בת 3 שבועות בתאי הכבד שלה הוא יורד לחצי שעה, משך זמן היצור הוא 21.5 שעות משך התקופה הסינתטית הוא היציב ביותר.

במצבים אחרים, בתקופה הראשונה (presynthetic), התא צובר תכונות לביצוע פונקציות ספציפיות, זאת בשל העובדה שהמבנה שלו הופך מורכב יותר. אם ההתמחות לא הלכה רחוק מדי, היא יכולה לעבור את מחזור החיים המלא של התא עם היווצרות 2 תאים חדשים במיטוזה. במצב זה, התקופה הראשונה עשויה לעלות באופן משמעותי. לדוגמה, בתאי אפיתל של עור עכבר זמן היצירה, כלומר 585.6 שעות, נופל על התקופה הראשונה - פרה-סינטטית, ובתאים פריוסטאליים של גור חולדה - 102 שעות מתוך 114.

החלק העיקרי של הזמן הזה נקרא תקופת G0 - זוהי יישום של תפקוד תא ספציפי אינטנסיבי. תאי כבד רבים נשארים בתקופה זו, כתוצאה מכך הם איבדו את יכולתם לעבור מיטוזה.

אם יוסר חלק מהכבד, רוב התאים שלו ימשיכו לחוות באופן מלא תחילה את התקופה הסינתטית, לאחר מכן את התקופה הפוסט-סינתטית, ולבסוף את התהליך המיטוטי. לכן, ההפיכות של תקופת G0 כזו כבר הוכחה עבור סוגים שונים של אוכלוסיות תאים. במצבים אחרים, מידת ההתמחות עולה עד כדי כך שבתנאים אופייניים תאים אינם יכולים עוד להתחלק בצורה מיטוטית. מדי פעם מתרחשת אצלם ייצור אנדורי. בחלקם, זה חוזר על עצמו יותר מפעם אחת, הכרומוזומים מתעבים עד כדי כך שניתן לראותם במיקרוסקופ אור רגיל.

כך, למדנו שבמחזור החיים של תא, האינטרפאזה מלווה בשלוש תקופות: פרה-סינתטי, סינתטי ופוסט-סינתטי.

חלוקת תא

זה עומד בבסיס רבייה, התחדשות, העברת מידע תורשתי ופיתוח. התא עצמו קיים רק בתקופת הביניים בין החלוקה.

מחזור חיים (חלוקת תאים) - תקופת קיומה של היחידה הנדונה (מתחיל מרגע הופעתה דרך חלוקת תא האם), כולל החלוקה עצמה. מסתיים בחלוקה משלו או במוות.

שלבי מחזור התא

יש רק שישה מהם. השלבים הבאים של מחזור חיי התא ידועים:

משך מחזור החיים, כמו גם מספר השלבים בו, שונה עבור כל תא. לפיכך, ברקמת העצבים, לאחר התקופה העוברית הראשונית, תאים מפסיקים להתחלק, ואז הם פועלים רק לאורך חיי האורגניזם עצמו, ולאחר מכן מתים. אבל תאי העובר בשלב המחשוף משלימים תחילה חלוקה אחת, ולאחר מכן מיד, עוקפים את השלבים הנותרים, ממשיכים לשלב הבא.

שיטות חלוקת תאים

מתוך שניים בלבד:

1. מיטוזה- זוהי חלוקת תאים עקיפה.
2. מיוזיס- זה אופייני לשלב כמו התבגרות של תאי נבט, חלוקה.

כעת נלמד ביתר פירוט מהו מחזור החיים של תא - מיטוזה.

חלוקת תאים עקיפה

מיטוזיס היא חלוקה עקיפה של תאים סומטיים. זהו תהליך מתמשך, שתוצאתו תחילה הכפלה ולאחר מכן חלוקה שווה בין תאי הבת של החומר התורשתי.

משמעות ביולוגית של חלוקת תאים עקיפה

זה כדלקמן:

1. התוצאה של מיטוזה היא יצירת שני תאים, שכל אחד מכיל את אותו מספר כרומוזומים כמו האם. הכרומוזומים שלהם נוצרים באמצעות שכפול מדויק של DNA אימהי, וזו הסיבה שהגנים של תאי הבת כוללים מידע תורשתי זהה. הם זהים מבחינה גנטית לתא האב. אז, אנו יכולים לומר שהמיטוזה מבטיחה את זהות העברת המידע התורשתי לתאי בת מהאם.

2. התוצאה של מיטוזה היא מספר מסוים של תאים באורגניזם המקביל – זהו אחד ממנגנוני הגדילה החשובים ביותר.

3. מספר רב של בעלי חיים וצמחים מתרבים באופן א-מיני באמצעות חלוקת תאים מיטוטיים, לכן מיטוזה מהווה את הבסיס לרבייה וגטטיבית.

4. המיטוזה היא המבטיחה התחדשות מלאה של חלקים אבודים, כמו גם החלפת תאים, המתרחשת במידה מסוימת בכל אורגניזמים רב-תאיים.

כך נודע כי מחזור החיים של תא סומטי מורכב ממיטוזה ואינטרפאזה.

מנגנון של מיטוזה

חלוקת הציטופלזמה והגרעין הם 2 תהליכים עצמאיים המתרחשים ברציפות וברצף. אך למען הנוחות בלימוד האירועים המתרחשים בתקופת החלוקה, הוא תחום באופן מלאכותי ל-4 שלבים: פרו-, מטא-, אנא- וטלופזה. משך הזמן שלהם משתנה בהתאם לסוג הרקמה, גורמים חיצוניים ומצב פיזיולוגי. הארוכים ביותר הם הראשונים והאחרונים.

פרופאזה

יש כאן עלייה ניכרת בליבה. כתוצאה מספירליזציה מתרחשת דחיסה וקיצור של כרומוזומים. בפרופאזה מאוחרת יותר, מבנה הכרומוזום כבר נראה בבירור: 2 כרומטידות, המחוברות באמצעות צנטרומר. מתחילה תנועת הכרומוזומים לקו המשווה של התא.

מהחומר הציטופלזמי שבפרופאזה (מאוחר), נוצר ציר ביקוע, שנוצר בהשתתפות centrioles (בתאי בעלי חיים, במספר צמחים נמוכים יותר) או בלעדיהם (תאים של פרוטוזואה כלשהי, צמחים גבוהים יותר). לאחר מכן, חוטי ציר 2 סוגים מתחילים להופיע מהצנטריולים, ליתר דיוק:

• תומכים אלה המחברים עמודי תאים;
• כרומוזומליים (משיכה), המצטלבים במטאפאזה אל הצנטרומרים הכרומוזומליים.

בסוף שלב זה, המעטפת הגרעינית נעלמת, והכרומוזומים ממוקמים בחופשיות בציטופלזמה. בדרך כלל הליבה נעלמת קצת יותר מוקדם.

מטאפאזה

תחילתו היא היעלמות הממברנה הגרעינית. הכרומוזומים מסתדרים תחילה במישור המשווני, ויוצרים לוח מטאפאזה. במקרה זה, צנטרומרים כרומוזומליים ממוקמים אך ורק במישור המשווני. גדילי הציר מתחברים לצנטרומרים הכרומוזומליים, וחלקם עוברים מקוטב אחד למשנהו מבלי להיות מחוברים.

אנפאזה

תחילתו נחשבת לחלוקת הצנטרומרים של הכרומוזומים. כתוצאה מכך, הכרומטידות הופכות לשני כרומוזומי בת נפרדים. ואז האחרונים מתחילים להתפצל לכיוון קטבי התא. הם בדרך כלל מקבלים צורת V מיוחדת בשלב זה. סטייה זו מושגת על ידי האצת חוטי הציר. יחד עם זאת, החוטים התומכים מתארכים, וכתוצאה מכך הקטבים מתרחקים זה מזה.

טלופאז

כאן הכרומוזומים מתאספים בקטבי התא ואז מסתחררים החוצה. לאחר מכן, ציר החלוקה נהרס. המעטפת הגרעינית של תאי הבת נוצרת סביב הכרומוזומים. זה משלים את הקריוקינזיס, ולאחר מכן מתרחשת ציטוקינזיס.

מנגנוני חדירת וירוסים לתאים

יש רק שניים מהם:

1. על ידי היתוך של הסופרקפסיד הנגיפי וממברנת התא. כתוצאה מכך, הנוקלאוקפסיד משתחרר לתוך הציטופלזמה. לאחר מכן, יישום המאפיינים של גנום הנגיף נצפה.

2. דרך פינוציטוזיס (אנדוציטוזיס בתיווך קולטן). כאן, הנגיף נקשר באתר הבור הגובל עם קולטנים (ספציפיים). האחרון חודר לתוך התא ואז הופך למה שנקרא שלפוחית ​​גבול. זה, בתורו, מכיל את הנגיף הנבלע ומתמזג עם שלפוחית ​​ביניים זמנית הנקראת אנדוזום.

רבייה תוך תאית של הנגיף

לאחר חדירת התא, הגנום של הנגיף מכפיף את חייו לחלוטין לאינטרסים שלו. באמצעות מערכת סינתזת החלבון של התא ומערכות ייצור האנרגיה שלו, הוא מגלם רבייה משלו, ומקריב, ככלל, את חיי התא.

האיור שלהלן מציג את מחזור החיים של וירוס בתא מארח (Semliki Forest - נציג של הסוג Alphvirus). הגנום שלו מיוצג על ידי RNA חיובי חד-גדילי שאינו מקוטע. שם, הוויריון מצויד בסופרקפסיד, המורכב מדו-שכבה שומנית. עוברים בו כ-240 עותקים של מספר קומפלקסים של גליקופרוטאין. מחזור החיים הנגיפי מתחיל בספיגתו על קרום התא המארח, שם הוא נקשר לקולטן חלבון. החדירה לתא מתרחשת באמצעות פינוציטוזה.

סיכום

המאמר בחן את מחזור החיים של תא ותיאר את שלביו. כל תקופה של interphase מתוארת בפירוט.

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 הגוף 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 (עם)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 סינתזת 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 בשכבת הנבט של האפידרמיס של העור, מח העצם האדום, 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? למה?

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