Bunkový cyklus(cyclus cellularis) je obdobie od jedného bunkového delenia k druhému, alebo obdobie od delenia bunky po jej smrť. Bunkový cyklus je rozdelený do 4 období.

Prvé obdobie je mitotické;

2. - postmitotický alebo presyntetický, označuje sa písmenom G1;

3. - syntetický, označuje sa písmenom S;

4. - postsyntetický alebo premitotický, označuje sa písmenom G 2,

a mitotické obdobie predstavuje písmeno M.

Po mitóze začína ďalšie obdobie G1. Počas tohto obdobia je hmotnosť dcérskej bunky 2-krát menšia ako hmotnosť materskej bunky. Táto bunka má 2-krát menej bielkovín, DNA a chromozómov, t.j. normálne by tam mali byť 2p chromozómy a 2c DNA.

Čo sa stane v období G1? V tomto čase dochádza k transkripcii RNA na povrchu DNA, ktorá sa podieľa na syntéze proteínov. Vďaka bielkovinám sa zvyšuje hmotnosť dcérskej bunky. V tomto čase sa syntetizujú prekurzory DNA a enzýmy zapojené do syntézy DNA a prekurzorov DNA. Hlavnými procesmi v období G1 sú syntéza proteínov a bunkových receptorov. Potom prichádza obdobie S Počas tohto obdobia dochádza k replikácii DNA chromozómov. Výsledkom je, že na konci periódy S je obsah DNA 4c. Ale budú tam 2n chromozómy, hoci v skutočnosti budú aj 4n, ale DNA chromozómov v tomto období je tak prepletená, že každý sesterský chromozóm v materskom chromozóme ešte nie je viditeľný. Keď sa ich počet v dôsledku syntézy DNA zvyšuje a zvyšuje sa transkripcia ribozomálnych, messengerových a transportných RNA, syntéza proteínov sa prirodzene zvyšuje. V tomto čase môže dôjsť k zdvojnásobeniu centriol v bunkách. Bunka z periódy S teda vstupuje do periódy G 2 . Na začiatku obdobia G2 pokračuje aktívny proces transkripcie rôznych RNA a proces syntézy proteínov, hlavne tubulínových proteínov, ktoré sú potrebné pre deliace vretienko. Môže dôjsť k duplikácii centriolu. Mitochondrie intenzívne syntetizujú ATP, ktorý je zdrojom energie a energia je potrebná pre mitotické delenie buniek. Po období G2 bunka vstupuje do mitotického obdobia.

Niektoré bunky môžu opustiť bunkový cyklus. Výstup bunky z bunkového cyklu je označený písmenom G0. Bunka vstupujúca do tohto obdobia stráca svoju schopnosť podstúpiť mitózu. Navyše niektoré bunky strácajú svoju schopnosť mitózy dočasne, iné trvalo.

Ak bunka dočasne stratí schopnosť podstúpiť mitotické delenie, prechádza počiatočnou diferenciáciou. V tomto prípade sa diferencovaná bunka špecializuje na vykonávanie špecifickej funkcie. Po počiatočnej diferenciácii je táto bunka schopná vrátiť sa do bunkového cyklu a vstúpiť do periódy Gj a po prechode periódou S a periódou G2 podstúpiť mitotické delenie.

Kde sa v tele nachádzajú bunky v období G0? Takéto bunky sa nachádzajú v pečeni. Ale ak je pečeň poškodená alebo je jej časť chirurgicky odstránená, potom sa všetky bunky, ktoré prešli počiatočnou diferenciáciou, vrátia do bunkového cyklu a vďaka ich deleniu dochádza k rýchlej obnove buniek pečeňového parenchýmu.

Kmeňové bunky sú tiež v období G0, ale keď sa kmeňová bunka začne deliť, prechádza všetkými medzifázovými periódami: G1, S, G2.

Tie bunky, ktoré nakoniec stratia schopnosť mitotického delenia, prechádzajú najprv počiatočnou diferenciáciou a vykonávajú určité funkcie a potom konečnou diferenciáciou. Pri terminálnej diferenciácii bunka nie je schopná vrátiť sa do bunkového cyklu a nakoniec zomrie. Kde v tele sa tieto bunky nachádzajú? Po prvé, sú to krvinky. Krvné granulocyty, ktoré prešli funkciou diferenciácie počas 8 dní a potom odumrú. Červené krvinky fungujú 120 dní, potom aj odumrú (v slezine). Po druhé, sú to bunky epidermis kože. Epidermálne bunky prechádzajú najprv počiatočnou, potom konečnou diferenciáciou, v dôsledku čoho sa menia na zrohovatené šupiny, ktoré sa následne odlupujú z povrchu epidermy. V epidermis kože môžu byť bunky v perióde G0, perióde G1, perióde G2 a perióde S.

Tkanivá s často sa deliacimi bunkami sú viac postihnuté ako tkanivá so zriedkavo sa deliacimi bunkami, pretože množstvo chemických a fyzikálnych faktorov ničí vretienkové mikrotubuly.

MITÓZA

Mitóza sa zásadne líši od priameho delenia alebo amitózy tým, že počas mitózy dochádza k rovnomernej distribúcii chromozomálneho materiálu medzi dcérskymi bunkami. Mitóza je rozdelená do 4 fáz. 1. fáza je tzv profáza, 2. - metafáza, 3. - anafáza, 4. - telofáza.

Ak má bunka polovičnú (haploidnú) sadu chromozómov, ktorá tvorí 23 chromozómov (pohlavné bunky), potom je táto sada označená symbolom In chromozómy a 1c DNA, ak je diploidná - 2p chromozómy a 2c DNA (somatické bunky bezprostredne po mitotickom delení ), aneuploidná sada chromozómov - v abnormálnych bunkách.

Profáza. Profáza je rozdelená na skorú a neskorú. Počas skorej profázy dochádza k špirálovitosti chromozómov, ktoré sa stávajú viditeľnými vo forme tenkých vlákien a vytvárajú hustú guľôčku, t.j. vytvára sa hustá guľôčková postava. S nástupom neskorej profázy sa chromozómy ešte viac rozkrútia, v dôsledku čoho sa uzavrú gény pre organizátory nukleárnych chromozómov. Preto sa zastaví transkripcia rRNA a tvorba chromozómových podjednotiek a jadierko zmizne. Súčasne dochádza k fragmentácii jadrovej membrány. Fragmenty jadrovej membrány sa skladajú do malých vakuol. Množstvo granulovaného EPS v cytoplazme klesá. Nádrže granulovaného EPS sú rozdelené do menších štruktúr. Počet ribozómov na povrchu membrán ER prudko klesá. To vedie k zníženiu syntézy bielkovín o 75%. V tomto bode sa bunkové centrum zdvojnásobí. Výsledné 2 bunkové centrá sa začínajú rozchádzať smerom k pólom. Každé z novovytvorených bunkových centier pozostáva z 2 centriolov: matky a dcéry.

Za účasti bunkových centier sa začína vytvárať štiepne vreteno, ktoré pozostáva z mikrotubulov. Chromozómy pokračujú v špirále, čo vedie k vytvoreniu voľnej gule chromozómov umiestnenej v cytoplazme. Neskorá profáza je teda charakterizovaná uvoľnenou guľou chromozómov.

Metafáza. Počas metafázy sa stávajú viditeľné chromatidy materských chromozómov. Materské chromozómy sú zoradené v rovníkovej rovine. Ak sa pozriete na tieto chromozómy z rovníka bunky, sú vnímané ako rovníková platňa(lamina equatorialis). Ak sa pozriete na tú istú dosku zo strany pólu, potom je vnímaná ako materská hviezda(monastr). Počas metafázy je tvorba vretena dokončená. Vo vretene sú viditeľné dva typy mikrotubulov. Niektoré mikrotubuly vznikajú z bunkového centra, teda z centriolu a sú tzv centriolárne mikrotubuly(microtubuli cenriolaris). Ďalšie mikrotubuly sa začínajú vytvárať z kinetochórov chromozómov. Čo sú kinetochory? V oblasti primárnych chromozómových zúžení existujú takzvané kinetochory. Tieto kinetochory majú schopnosť vyvolať samozostavenie mikrotubulov. Tu začínajú mikrotubuly, ktoré rastú smerom k bunkovým centrám. Konce kinetochorových mikrotubulov sa teda rozprestierajú medzi koncami centriolárnych mikrotubulov.

Anaphase. Počas anafázy dochádza k súčasnému oddeľovaniu dcérskych chromozómov (chromatíd), ktoré sa začínajú presúvať, niektoré k jednému a iné k druhému pólu. V tomto prípade sa objaví dvojitá hviezda, teda 2 dcérske hviezdy (diastr). Pohyb hviezd sa uskutočňuje vďaka vretienku a skutočnosti, že samotné póly bunky sa od seba trochu vzďaľujú.

Mechanizmus, pohyby dcérskych hviezd. Tento pohyb je zabezpečený tým, že konce kinetochorových mikrotubulov kĺžu po koncoch centriolárnych mikrotubulov a ťahajú chromatidy dcérskych hviezd smerom k pólom.

Telofáza. Počas telofázy sa pohyb dcérskych hviezd zastaví a začnú sa vytvárať jadrá. Chromozómy prechádzajú despiralizáciou a okolo chromozómov sa začína vytvárať jadrový obal (nukleolema). Keďže fibrily DNA chromozómov prechádzajú despiralizáciou, začína sa transkripcia

RNA na objavených génoch. Keďže dochádza k despiralizácii fibríl chromozómovej DNA, v oblasti nukleárnych organizátorov sa začína prepisovať rRNA vo forme tenkých vlákien, čiže vzniká fibrilárny aparát jadierka. Potom sú ribozomálne proteíny transportované do rRNA fibríl, ktoré sú komplexované s rRNA, čo vedie k vytvoreniu ribozomálnych podjednotiek, t.j. vytvára sa granulovaná zložka jadierka. K tomu dochádza už v neskorej telofáze. cytotómia, t.j. vytvorenie zúženia. Keď sa pozdĺž rovníka vytvorí zúženie, cytolema invaginuje. Mechanizmus invaginácie je nasledujúci. Pozdĺž rovníka sa nachádzajú tonofilamenty pozostávajúce z kontraktilných proteínov. Tieto tonofilamenty stiahnu cytolemu. Potom sa cytolema jednej dcérskej bunky oddelí od inej podobnej dcérskej bunky. V dôsledku mitózy sa teda vytvárajú nové dcérske bunky. Dcérske bunky majú 2-krát menšiu hmotnosť v porovnaní s materskými. Majú tiež menej DNA – zodpovedá 2c, a polovičný počet chromozómov – zodpovedá 2p. Mitotické delenie teda ukončuje bunkový cyklus.

Biologický význam mitózy je, že v dôsledku delenia dochádza k rastu tela, fyziologickej a reparačnej regenerácii buniek, tkanív a orgánov.

Táto lekcia vám umožňuje samostatne študovať tému „Životný cyklus bunky“. Tu si povieme, čo hrá hlavnú úlohu pri delení buniek, ktoré prenáša genetickú informáciu z jednej generácie na druhú. Budete tiež študovať celý životný cyklus bunky, ktorý sa tiež nazýva sled udalostí, ku ktorým dochádza od okamihu vytvorenia bunky až po jej rozdelenie.

Téma: Rozmnožovanie a individuálny vývoj organizmov

Lekcia: Životný cyklus bunky

1. Bunkový cyklus

Podľa bunkovej teórie nové bunky vznikajú len delením predchádzajúcich materských buniek. Chromozómy, ktoré obsahujú molekuly DNA, hrajú dôležitú úlohu v procesoch bunkového delenia, pretože zabezpečujú prenos genetickej informácie z jednej generácie na druhú.

Preto je veľmi dôležité, aby dcérske bunky dostávali rovnaké množstvo genetického materiálu a je celkom prirodzené, že predtým bunkové delenie dochádza k zdvojeniu genetického materiálu, teda molekuly DNA (obr. 1).

Aký je bunkový cyklus? Životný cyklus bunky- sled dejov prebiehajúcich od okamihu vzniku danej bunky až po jej rozdelenie na dcérske bunky. Podľa inej definície je bunkový cyklus životom bunky od okamihu, keď sa objaví ako výsledok delenia materskej bunky, až po jej vlastné rozdelenie alebo smrť.

Počas bunkového cyklu bunka rastie a mení sa, aby úspešne plnila svoje funkcie v mnohobunkovom organizme. Tento proces sa nazýva diferenciácia. Bunka potom po určitú dobu úspešne plní svoje funkcie, po ktorých sa začne deliť.

Je jasné, že všetky bunky mnohobunkového organizmu sa nemôžu donekonečna deliť, inak by boli všetky stvorenia vrátane človeka nesmrteľné.

Ryža. 1. Fragment molekuly DNA

To sa nestane, pretože v DNA sú „gény smrti“, ktoré sa aktivujú za určitých podmienok. Syntetizujú určité enzýmové proteíny, ktoré ničia bunkové štruktúry a organely. V dôsledku toho sa bunka zmenšuje a odumiera.

Táto programovaná bunková smrť sa nazýva apoptóza. Ale v období od okamihu, keď sa bunka objaví a pred apoptózou, bunka prechádza mnohými deleniami.

2. Štádiá bunkového cyklu

Bunkový cyklus pozostáva z 3 hlavných fáz:

1. Interfáza je obdobie intenzívneho rastu a biosyntézy určitých látok.

2. Mitóza alebo karyokinéza (jadrové delenie).

3. Cytokinéza (delenie cytoplazmy).

Poďme si bližšie charakterizovať štádiá bunkového cyklu. Takže prvý je medzifázový. Interfáza je najdlhšia fáza, obdobie intenzívnej syntézy a rastu. Bunka syntetizuje mnoho látok potrebných pre jej rast a realizáciu všetkých jej vlastných funkcií. Počas interfázy dochádza k replikácii DNA.

Mitóza je proces jadrového delenia, pri ktorom sú chromatidy od seba oddelené a redistribuované ako chromozómy medzi dcérske bunky.

Cytokinéza je proces delenia cytoplazmy medzi dve dcérske bunky. Cytológia zvyčajne pod názvom mitóza spája 2. a 3. štádium, teda delenie buniek (karyokinéza) a delenie cytoplazmy (cytokinéza).

3. Medzifáza

Poďme si bližšie charakterizovať medzifázu (obr. 2). Interfáza pozostáva z 3 periód: G1, S a G2. Prvé obdobie, presyntetické (G1) je fázou intenzívneho rastu buniek.

Ryža. 2. Hlavné fázy životného cyklu bunky.

Tu dochádza k syntéze určitých látok, toto je najdlhšia fáza, ktorá nasleduje po delení buniek. V tejto fáze dochádza k akumulácii látok a energie potrebnej na nasledujúce obdobie, teda na zdvojnásobenie DNA.

Podľa moderných koncepcií sa v období G1 syntetizujú látky, ktoré inhibujú alebo stimulujú ďalšie obdobie bunkového cyklu, a to syntetické obdobie.

Syntetická perióda (S) zvyčajne trvá od 6 do 10 hodín, na rozdiel od predsyntetickej periódy, ktorá môže trvať až niekoľko dní a zahŕňa duplikáciu DNA, ako aj syntézu proteínov, ako sú histónové proteíny, ktoré môžu vytvárať chromozómy. Na konci syntetického obdobia sa každý chromozóm skladá z dvoch chromatidov spojených navzájom centromérou. Počas toho istého obdobia sa centrioly zdvojnásobia.

Postsyntetické obdobie (G2) nastáva bezprostredne po zdvojnásobení chromozómov. Trvá od 2 do 5 hodín.

Počas toho istého obdobia sa hromadí energia potrebná pre ďalší proces bunkového delenia, teda priamo pre mitózu.

V tomto období dochádza k deleniu mitochondrií a chloroplastov a k syntéze proteínov, ktoré následne vytvoria mikrotubuly. Mikrotubuly, ako viete, tvoria vretenové vlákno a bunka je teraz pripravená na mitózu.

4. Proces duplikácie DNA

Predtým, ako prejdeme k opisu metód bunkového delenia, zvážme proces duplikácie DNA, ktorý vedie k vytvoreniu dvoch chromatidov. Tento proces prebieha v syntetickom období. Zdvojenie molekuly DNA sa nazýva replikácia alebo reduplikácia (obr. 3).

Ryža. 3. Proces replikácie DNA (reduplikácie) (syntetická perióda interfázy). Enzým helikáza (zelená) rozvinie dvojitú špirálu DNA a DNA polymerázy (modrá a oranžová) dopĺňajú komplementárne nukleotidy.

Pri replikácii sa časť materskej molekuly DNA rozpletie na dve vlákna pomocou špeciálneho enzýmu – helikázy. Okrem toho sa to dosiahne prerušením vodíkových väzieb medzi komplementárnymi dusíkatými bázami (A-T a G-C). Ďalej, pre každý nukleotid z divergovaných reťazcov DNA, enzým DNA polymeráza upravuje komplementárny nukleotid.

Vzniknú tak dve dvojvláknové molekuly DNA, z ktorých každá obsahuje jedno vlákno rodičovskej molekuly a jedno nové dcérske vlákno. Tieto dve molekuly DNA sú úplne identické.

Na replikáciu nie je možné súčasne rozvinúť celú veľkú molekulu DNA. Preto replikácia začína v oddelených úsekoch molekuly DNA, vytvárajú sa krátke fragmenty, ktoré sú potom pomocou určitých enzýmov zošité do dlhého vlákna.

Trvanie bunkového cyklu závisí od typu bunky a od vonkajších faktorov, ako je teplota, dostupnosť kyslíka a dostupnosť živín. Napríklad bakteriálne bunky sa za priaznivých podmienok delia každých 20 minút, bunky črevného epitelu každých 8-10 hodín a bunky špičky koreňov cibule každých 20 hodín. A niektoré bunky nervového systému sa nikdy nerozdelia.

Vznik bunkovej teórie

V 17. storočí anglický lekár Robert Hooke (obr. 4) pomocou podomácky vyrobeného svetelného mikroskopu zistil, že korok a iné rastlinné tkanivá pozostávajú z malých buniek oddelených prepážkami. Nazval ich bunky.

Ryža. 4. Robert Hooke

V roku 1738 prišiel nemecký botanik Matthias Schleiden (obr. 5) k záveru, že rastlinné pletivá pozostávajú z buniek. Presne o rok prišiel zoológ Theodor Schwann (obr. 5) k rovnakému záveru, ale len čo sa týka živočíšnych tkanív.

Ryža. 5. Matthias Schleiden (vľavo) Theodor Schwann (vpravo)

Dospel k záveru, že živočíšne tkanivá sa rovnako ako rastlinné skladajú z buniek a bunky sú základom života. Na základe bunkových údajov vedci sformulovali bunkovú teóriu.

Ryža. 6. Rudolf Virchow

O 20 rokov neskôr Rudolf Virchow (obr. 6) rozšíril bunkovú teóriu a dospel k záveru, že bunky môžu vzniknúť z iných buniek. Napísal: „Tam, kde existuje bunka, musí existovať aj predchádzajúca bunka, tak ako zvieratá pochádzajú len zo zvieraťa a rastliny iba z rastliny... Všetky živé formy, či už živočíšne alebo rastlinné organizmy, alebo ich súčasti, sú ovládaný večným zákonom neustáleho vývoja“.

Štruktúra chromozómov

Ako viete, chromozómy zohrávajú kľúčovú úlohu pri delení buniek, pretože prenášajú genetickú informáciu z jednej generácie na druhú. Chromozómy pozostávajú z molekuly DNA naviazanej na histónové proteíny. Ribozómy tiež obsahujú malé množstvo RNA.

V deliacich sa bunkách sú chromozómy prezentované vo forme dlhých tenkých vlákien, rovnomerne rozmiestnených v celom objeme jadra.

Jednotlivé chromozómy nie sú rozlíšiteľné, ale ich chromozomálny materiál je zafarbený základnými farbivami a nazýva sa chromatín. Pred delením buniek sa chromozómy (obr. 7) zhrubnú a skracujú, čo umožňuje ich zreteľné videnie pod svetelným mikroskopom.

Ryža. 7. Chromozómy v profáze 1 meiózy

V dispergovanom, teda natiahnutom stave, sa chromozómy zúčastňujú všetkých biosyntetických procesov alebo regulujú biosyntetické procesy a pri delení buniek je táto funkcia pozastavená.

Vo všetkých formách bunkového delenia sa DNA každého chromozómu replikuje tak, že sa vytvoria dva identické dvojité polynukleotidové vlákna DNA.

Ryža. 8. Štruktúra chromozómov

Tieto reťazce sú obklopené proteínovým obalom a na začiatku bunkového delenia vyzerajú ako identické vlákna ležiace vedľa seba. Každé vlákno sa nazýva chromatid a je spojené s druhým vláknom oblasťou, ktorá sa nefarbí, nazývanou centroméra (obr. 8).

Domáca úloha

1. Čo je bunkový cyklus? Z akých etáp pozostáva?

2. Čo sa stane s bunkou počas interfázy? Z akých fáz pozostáva medzifáza?

3. Čo je replikácia? Aký je jeho biologický význam? Kedy sa to stane? Aké látky sa na ňom podieľajú?

4. Ako vznikla bunková teória? Vymenujte vedcov, ktorí sa podieľali na jeho vzniku.

5. Čo je to chromozóm? Aká je úloha chromozómov pri delení buniek?

1. Technická a humanitná literatúra.

2. Jednotná zbierka digitálnych vzdelávacích zdrojov.

3. Jednotná zbierka digitálnych vzdelávacích zdrojov.

4. Jednotná zbierka digitálnych vzdelávacích zdrojov.

5. Internetový portál Schooltube.

Bibliografia

1. Kamensky A. A., Kriksunov E. A., Pasechnik V. V. Všeobecná biológia Drop 10-11 ročník, 2005.

2. Biológia. 10. ročník Všeobecná biológia. Základná úroveň / P. V. Iževskij, O. A. Kornilova, T. E. Loshchilina a ďalší - 2. vyd., prepracované. - Ventana-Graf, 2010. - 224 s.

3. Belyaev D.K. Biológia 10-11 ročník. Všeobecná biológia. Základná úroveň. - 11. vyd., stereotyp. - M.: Vzdelávanie, 2012. - 304 s.

4. Biológia 11. ročník. Všeobecná biológia. Úroveň profilu / V. B. Zakharov, S. G. Mamontov, N. I. Sonin a ďalší - 5. vyd., stereotyp. - Drop, 2010. - 388 s.

5. Agafonova I. B., Zakharova E. T., Sivoglazov V. I. Biológia 10-11 ročník. Všeobecná biológia. Základná úroveň. - 6. vyd., dod. - Drop, 2010. - 384 s.

Výška ľudského tela je spôsobená zväčšením veľkosti a počtu buniek, pričom to druhé je zabezpečené procesom delenia alebo mitózy. Bunková proliferácia nastáva pod vplyvom extracelulárnych rastových faktorov a samotné bunky podliehajú opakujúcej sa sekvencii udalostí známych ako bunkový cyklus.

Existujú štyri hlavné fázy: G1 (presyntetický), S (syntetický), G2 (postsyntetický) a M (mitotický). Potom nasleduje oddelenie cytoplazmy a plazmatickej membrány, výsledkom čoho sú dve identické dcérske bunky. Fázy Gl, S a G2 sú súčasťou medzifázy. K replikácii chromozómov dochádza počas syntetickej fázy alebo S fázy.
Väčšina bunky nepodliehajú aktívnemu deleniu ich mitotická aktivita je potlačená počas fázy GO, ktorá je súčasťou fázy G1.

Trvanie M-fázy je 30-60 minút, pričom celý bunkový cyklus prebieha približne za 20 hodín V závislosti od veku prechádzajú normálne (nenádorové) ľudské bunky až 80 mitotickými cyklami.

Procesy bunkový cyklus sú kontrolované sekvenčne opakovanou aktiváciou a inaktiváciou kľúčových enzýmov nazývaných cyklín-dependentné proteínkinázy (CDPK), ako aj ich kofaktorov, cyklínov. V tomto prípade dochádza pod vplyvom fosfokináz a fosfatáz k fosforylácii a defosforylácii špeciálnych komplexov cyklín-CZK, ktoré sú zodpovedné za nástup určitých fáz cyklu.

Okrem toho na relevantnom etapy podobné bielkovinám CZK spôsobujú zhutnenie chromozómov, prasknutie jadrového obalu a reorganizáciu cytoskeletálnych mikrotubulov za účelom vytvorenia mitotického vretienka.

G1 fáza bunkového cyklu

Fáza G1- medzistupeň medzi M a S fázou, počas ktorého sa zvyšuje množstvo cytoplazmy. Okrem toho je na konci fázy G1 prvý kontrolný bod, kde sa kontroluje oprava DNA a podmienky prostredia (či sú dostatočne priaznivé na prechod do fázy S).

V prípade jadrovej DNA poškodená, zvyšuje sa aktivita proteínu p53, ktorý stimuluje transkripciu p21. Ten sa viaže na špecifický komplex cyklín-CZK, zodpovedný za prenos bunky do S-fázy, a inhibuje jej delenie v štádiu Gl-fázy. To umožňuje opravným enzýmom opraviť poškodené fragmenty DNA.

Ak sa vyskytnú patológie replikácia proteínu p53 defektnej DNA pokračuje, čo umožňuje deliacim sa bunkám hromadiť mutácie a prispieva k rozvoju nádorových procesov. To je dôvod, prečo sa proteín p53 často nazýva „strážcom genómu“.

G0 fáza bunkového cyklu

Bunková proliferácia u cicavcov je možná len za účasti buniek vylučovaných inými bunkami. extracelulárne rastové faktory, ktoré uplatňujú svoj účinok prostredníctvom kaskádovej signálnej transdukcie protoonkogénov. Ak bunka počas fázy G1 nedostáva vhodné signály, potom opustí bunkový cyklus a dostane sa do stavu G0, v ktorom môže zostať niekoľko rokov.

Blok G0 sa vyskytuje pomocou proteínov - supresorov mitózy, z ktorých jeden je proteín retinoblastómu(Rb proteín) kódovaný normálnymi alelami génu retinoblastómu. Tento proteín sa viaže na šikmé regulačné proteíny, čím blokuje stimuláciu transkripcie génov nevyhnutných pre bunkovú proliferáciu.

Extracelulárne rastové faktory aktiváciou blok zničia Gl-špecifické komplexy cyklín-CZK, ktoré fosforylujú Rb proteín a menia jeho konformáciu, v dôsledku čoho dochádza k prerušeniu spojenia s regulačnými proteínmi. Tie zároveň aktivujú transkripciu génov, ktoré kódujú a ktoré spúšťajú proces množenia.

S fáza bunkového cyklu

Štandardné množstvo dvojité skrutkovice DNA v každej bunke je zodpovedajúci diploidný súbor jednovláknových chromozómov zvyčajne označený ako 2C. Sada 2C sa udržiava počas fázy G1 a zdvojnásobuje sa (4C) počas fázy S, keď sa syntetizuje nová chromozomálna DNA.

Počnúc od konca S-fáza a až do fázy M (vrátane fázy G2), každý viditeľný chromozóm obsahuje dve pevne viazané molekuly DNA nazývané sesterské chromatidy. V ľudských bunkách je teda od konca S-fázy do stredu M-fázy 23 párov chromozómov (46 viditeľných jednotiek), ale 4C (92) dvojitých helixov jadrovej DNA.

Prebieha mitóza identické sady chromozómov sú rozdelené medzi dve dcérske bunky tak, že každá z nich obsahuje 23 párov molekúl 2C DNA. Treba poznamenať, že fázy G1 a G0 sú jediné fázy bunkového cyklu, počas ktorých 46 chromozómov v bunkách zodpovedá 2C sade molekúl DNA.

G2 fáza bunkového cyklu

Po druhé kontrolný bod, kde sa testuje veľkosť buniek, je na konci fázy G2, nachádza sa medzi S fázou a mitózou. Okrem toho sa v tomto štádiu pred prechodom na mitózu kontroluje úplnosť replikácie a integrita DNA. Mitóza (M-fáza)

1. Profázujte. Chromozómy, z ktorých každý pozostáva z dvoch identických chromatidov, začnú kondenzovať a stanú sa viditeľnými vo vnútri jadra. Na opačných póloch bunky sa okolo dvoch centrozómov z tubulínových vlákien začína vytvárať vretenovitý aparát.

2. Prometafáza. Jadrová membrána sa delí. Kinetochory sa tvoria okolo centromér chromozómov. Tubulínové vlákna prenikajú do jadra a sústreďujú sa v blízkosti kinetochór, spájajúc ich s vláknami vychádzajúcimi z centrozómov.

3. Metafáza. Napätie vlákien spôsobuje, že sa chromozómy zoradia uprostred medzi pólmi vretena, čím sa vytvorí metafázová platňa.

4. Anaphase. Centromérna DNA, zdieľaná medzi sesterskými chromatidami, je duplikovaná a chromatidy sa oddeľujú a pohybujú od seba bližšie k pólom.

5. Telofáza. Oddelené sesterské chromatidy (ktoré sa od tohto bodu považujú za chromozómy) dosahujú póly. Okolo každej skupiny sa objaví jadrová membrána. Zhutnený chromatín sa rozptýli a tvoria sa jadierka.

6. Cytokinéza. Bunková membrána sa stiahne a v strede medzi pólmi sa vytvorí štiepna ryha, ktorá po čase oddelí obe dcérske bunky.

Centrozómový cyklus

In Čas fázy G1 dochádza k oddeleniu páru centriolov spojených s každým centrozómom. Počas fázy S a G2 sa napravo od starých centriol vytvorí nový dcérsky centriol. Na začiatku M fázy sa centrozóm delí a dva dcérske centrozómy sa pohybujú smerom k bunkovým pólom.

Rozmnožovanie a vývoj organizmov, prenos dedičných informácií a regenerácia sú založené na delení buniek. Bunka ako taká existuje len v časovom intervale medzi deleniami.

Obdobie existencie bunky od momentu jej vzniku delením materskej bunky (t.j. do tohto obdobia sa započítava aj samotné delenie) až do momentu vlastného delenia alebo smrti je tzv. vitálny alebo bunkový cyklus.

Životný cyklus bunky je rozdelený do niekoľkých fáz:

• fáza štiepenia (táto fáza, keď nastáva mitotické delenie);
• rastová fáza (hneď po rozdelení začína rast buniek, zväčšuje sa objem a dosahuje určitú veľkosť);
• kľudová fáza (v tejto fáze ešte nie je určený osud bunky v budúcnosti: bunka sa môže začať pripravovať na delenie, alebo ísť cestou špecializácie);
• diferenciačná (špecializačná) fáza (vyskytuje sa na konci rastovej fázy - v tomto čase bunka dostáva určité štrukturálne a funkčné vlastnosti);
• fáza zrelosti (obdobie fungovania buniek, výkon určitých funkcií v závislosti od špecializácie);
• fáza starnutia (obdobie oslabenia životných funkcií bunky, ktoré končí jej rozdelením alebo smrťou).

Trvanie bunkového cyklu a počet fáz v ňom zahrnutých sú pre bunky rôzne. Napríklad po skončení embryonálneho obdobia sa bunky nervového tkaniva prestanú deliť a fungovať počas celého života organizmu a potom odumierajú. Ďalším príkladom sú embryonálne bunky. V drvivej fáze po dokončení jednej divízie okamžite prejdú na ďalšiu, pričom obídu všetky ostatné fázy.

Existujú nasledujúce spôsoby delenia buniek:

1. mitóza alebo karyokinéza - nepriame delenie;
2. meióza alebo redukčné delenie - delenie, ktoré je charakteristické pre fázu dozrievania zárodočných buniek alebo tvorbu spór vo vyšších spórových rastlinách.

Mitóza je kontinuálny proces, v dôsledku ktorého dochádza najskôr k zdvojeniu a potom je dedičný materiál rovnomerne rozdelený medzi dcérske bunky. V dôsledku mitózy sa objavia dve bunky, z ktorých každá obsahuje rovnaký počet chromozómov ako materská bunka. Pretože Chromozómy dcérskych buniek sú odvodené z chromozómov matky presnou replikáciou DNA a ich gény majú presne rovnakú dedičnú informáciu. Dcérske bunky sú geneticky identické s rodičovskou bunkou.
Počas mitózy teda dochádza k presnému prenosu dedičnej informácie z rodičovských na dcérske bunky. Počet buniek v tele sa zvyšuje v dôsledku mitózy, ktorá je jedným z hlavných mechanizmov rastu. Treba pripomenúť, že mitózou sa môžu deliť bunky s rôznymi chromozómovými sadami – nielen diploidné (somatické bunky väčšiny živočíchov), ale aj haploidné (veľa rias, gametofytov vyšších rastlín), triploidné (endosperm krytosemenných rastlín) alebo polyploidné.

Existuje mnoho druhov rastlín a živočíchov, ktoré sa nepohlavne rozmnožujú iba pomocou jedného mitotického bunkového delenia, t.j. Mitóza je základom asexuálnej reprodukcie. Vďaka mitóze dochádza k bunkovej náhrade a regenerácii stratených častí tela, ktorá je vždy v tej či onej miere prítomná vo všetkých mnohobunkových organizmoch. Mitotické delenie buniek prebieha pod úplnou genetickou kontrolou. Mitóza je ústrednou udalosťou bunkového mitotického cyklu.

Mitotický cyklus - komplex vzájomne prepojených a chronologicky určených dejov, ku ktorým dochádza pri príprave bunky na delenie a pri samotnom delení bunky. Trvanie mitotického cyklu sa môže medzi rôznymi organizmami značne líšiť. Najkratšie mitotické cykly sa nachádzajú v štiepnych vajíčkach niektorých zvierat (napríklad u zlatej rybky dochádza k prvým deleniam štiepenia každých 20 minút). Najbežnejšie trvanie mitotických cyklov je 18-20 hodín. Existujú aj cykly trvajúce niekoľko dní. Aj v rôznych orgánoch a tkanivách toho istého organizmu môže byť trvanie mitotického cyklu rôzne. Napríklad u myší sa bunky epitelového tkaniva dvanástnika delia každých 11 hodín, jejunum - každých 19 hodín a v rohovke oka - každé 3 dni.

Vedci presne nevedia, aké faktory spôsobujú, že bunka podstúpi mitózu. Existuje predpoklad, že hlavnú úlohu tu zohráva jadrovo-cytoplazmatický pomer (pomer objemov jadra a cytoplazmy). Existujú tiež dôkazy, že umierajúce bunky produkujú látky, ktoré môžu stimulovať delenie buniek.

V mitotickom cykle existujú dve hlavné udalosti: medzifázou a vlastne sama seba divízie .

Nové bunky sa tvoria dvoma postupnými procesmi:

1. mitóza, ktorá vedie k duplikácii jadra;
2. cytokinéza - oddelenie cytoplazmy, počas ktorého sa objavia dve dcérske bunky, z ktorých každá obsahuje jedno dcérske jadro.

Samotné delenie bunky zvyčajne trvá 1-3 hodiny, preto hlavnú časť života bunky strávi v medzifáze. Medzifáza je časový úsek medzi dvoma deleniami buniek. Trvanie interfázy zvyčajne predstavuje až 90 % celého bunkového cyklu. Interfáza pozostáva z troch období: presyntetické alebo G 1, syntetický alebo S a postsyntetické alebo G2.

Presyntetické perióda je najdlhším obdobím medzifázy, jej trvanie sa pohybuje od 10 hodín do niekoľkých dní. Ihneď po rozdelení sa obnovia organizačné znaky interfázovej bunky: je dokončená tvorba jadierka, v cytoplazme dochádza k intenzívnej syntéze proteínov, čo vedie k zvýšeniu bunkovej hmoty, dodávke prekurzorov DNA, enzýmov, ktoré katalyzujú replikáciu DNA. vznikajú reakcie a pod. Tie. V predsyntetickom období prebiehajú prípravné procesy na ďalšie obdobie medzifázy - syntetické obdobie.

Trvanie syntetický Obdobie sa môže líšiť: u baktérií je to niekoľko minút, v bunkách cicavcov to môže byť až 6-12 hodín. Počas syntetického obdobia dochádza k zdvojeniu molekúl DNA - hlavnej udalosti medzifázy. V tomto prípade sa každý chromozóm stáva bichromatidným a ich počet sa nemení. Súčasne s replikáciou DNA v cytoplazme prebieha intenzívny proces syntézy proteínov, ktoré tvoria chromozómy.

Napriek tomu, že obdobie G 2 je tzv postsyntetické V tomto štádiu interfázy pokračujú procesy syntézy. Postsyntetická sa nazýva len preto, že začína po ukončení procesu syntézy DNA (replikácie). Ak v predsyntetickom období prebieha rast a príprava na syntézu DNA, tak v postsyntetickom období je bunka pripravená na delenie, ktoré sa tiež vyznačuje intenzívnymi procesmi syntézy. Počas tohto obdobia pokračuje proces syntézy proteínov, ktoré tvoria chromozómy; syntetizujú sa energetické látky a enzýmy, ktoré sú potrebné na zabezpečenie procesu delenia buniek; začína sa špirála chromozómov, syntetizujú sa proteíny potrebné na stavbu mitotického aparátu bunky (deliteľné vreteno); dochádza k nárastu hmotnosti cytoplazmy a objem jadra sa výrazne zvyšuje. Na konci postsyntetického obdobia sa bunka začína deliť.

Úvod

Povaha bunkového cyklu bola objasnená štúdiom mutantných buniek, ktoré rastú a delia sa pri nízkych teplotách (34 stupňov C pre bunky cicavcov, 23 stupňov C pre bunky kvasiniek). Tieto mutanty citlivé na teplotu majú typicky jeden zmenený proteín, ktorý funguje len pri nízkych teplotách. A u väčšiny týchto mutantov je rast narušený krátko po zvýšení teploty. Niektoré mutanty však prestanú rásť až vtedy, keď bunka dosiahne určitú fázu cyklu, ako je začiatok syntézy DNA, jadrového delenia alebo cytokinézy. Mutanty bunkového cyklu boli najlepšie študované v pekárskych kvasniciach (Saccharomyces cerevisiae), kde boli izolované mutanty pre viac ako 35 rôznych génov bunkového cyklu (cdc) Tieto mutanty sa použili na skúmanie vzťahu medzi funkciami určitých proteínov a bunkový cyklus.

Podľa definície Free Encyclopedia z roku 2008 je bunkový cyklus koordinovaný, jednosmerný sled udalostí, počas ktorých bunka postupne prechádza rôznymi obdobiami bez toho, aby ich preskakovala alebo sa vracala do predchádzajúcich fáz. Bunkový cyklus končí rozdelením rodičovskej bunky na dve dcérske bunky.

Účelom tejto abstraktnej štúdie je odhaliť princípy bunkového cyklu, vlastnosti a jeho význam.

Bunkový cyklus, periódy

Bunkový cyklus zahŕňa prísne stanovený rad sekvenčných procesov podľa stanoviska Hartwella, 1995. Bunka musí zdvojnásobiť všetky svoje zložky a svoju hmotnosť medzi dvoma po sebe nasledujúcimi deleniami. Bunkový cyklus teda pozostáva z dvoch období:

1) obdobie rastu buniek nazývané "interfáza" a

2) obdobie bunkového delenia, nazývané „fáza M“ (od slova mitóza). V každom období sa zasa rozlišuje niekoľko fáz (obr. 3).

Interfáza zvyčajne zaberá najmenej 90% celého bunkového cyklu. Napríklad v rýchlo sa deliacich bunkách vyšších eukaryotov dochádza k postupnému deleniu raz za 16-24 hodín a každá M fáza trvá 1-2 hodiny. Väčšina bunkových komponentov sa syntetizuje v celej interfáze, čo sťažuje rozlíšenie jednotlivých štádií v nej podľa Pardeeho, 1989. V medzifáze sa rozlišuje fáza G1, fáza S a fáza G2. Obdobie medzifázy, kedy dochádza k replikácii DNA bunkového jadra, sa nazývalo „S fáza“ (od slova syntéza). Obdobie medzi M fázou a začiatkom S fázy sa označuje ako G1 fáza (od slova medzera - interval) a obdobie medzi koncom S fázy a následnou M fázou sa označuje ako G2 fáza. Obdobie bunkového delenia (fáza M) zahŕňa dve štádiá: mitózu (delenie bunkového jadra) a cytokinézu (delenie cytoplazmy). Na druhej strane je mitóza rozdelená do piatich štádií (obr. 3). Týchto šesť štádií tvorí dynamickú sekvenciu. Opis bunkového delenia je založený na údajoch zo svetelnej mikroskopie v kombinácii s mikrokinázou a na výsledkoch svetelnej a elektrónovej mikroskopie fixovaných a zafarbených buniek.

Opakujúci sa súbor dejov, ktoré zabezpečujú delenie eukaryotických buniek, sa nazýva bunkový cyklus. Dĺžka bunkového cyklu závisí od typu deliacich sa buniek. Niektoré bunky, ako napríklad ľudské neuróny, sa po dosiahnutí štádia terminálnej diferenciácie úplne prestanú deliť. Bunky pľúc, obličiek alebo pečene v dospelom tele sa začnú deliť až v reakcii na poškodenie zodpovedajúcich orgánov. Črevné epitelové bunky sa delia počas celého života človeka. Aj v rýchlo sa množiacich bunkách trvá príprava na delenie asi 24 hodín Bunkový cyklus sa delí na štádiá: Mitóza – M-fáza, delenie bunkového jadra. G1 fáza je obdobie pred syntézou DNA. S-fáza je obdobie syntézy (replikácie DNA). G2 fáza je obdobie medzi syntézou DNA a mitózou. Interfáza je obdobie, ktoré zahŕňa fázy G1, S a G2. Cytokinéza je delenie cytoplazmy. Restrikčný bod, R-bod - čas v bunkovom cykle, kedy sa postup bunky smerom k deleniu stáva nezvratným. G0 fáza je stav buniek, ktoré dosiahli monovrstvu alebo sú zbavené rastových faktorov v skorej G1 fáze.

Bunkovému deleniu (mitóze alebo meióze) predchádza duplikácia chromozómov, ku ktorej dochádza v S perióde bunkového cyklu (obr. 1). Obdobie je označené prvým písmenom slova syntéza - syntéza DNA. Od konca periódy S do konca metafázy obsahuje jadro štyrikrát viac DNA ako jadro spermie alebo vajíčka a každý chromozóm pozostáva z dvoch identických sesterských chromatidov. Počas mitózy sa chromozómy kondenzujú a na konci profázy alebo začiatku metafázy sa stanú viditeľnými pod optickou mikroskopiou. Na cytogenetickú analýzu sa zvyčajne používajú prípravky metafázových chromozómov.

Na začiatku anafázy sa centroméry homológnych chromozómov oddelia a chromatidy sa presunú k opačným pólom mitotického vretienka. Po presunutí úplných sád chromatidov k pólom (odteraz sa nazývajú chromozómy) sa okolo každého z nich vytvorí jadrový obal, ktorý vytvorí jadrá dvoch dcérskych buniek (na konci nastala deštrukcia jadrového obalu materskej bunky profázy). Dcérske bunky vstupujú do obdobia G1 a až v rámci prípravy na ďalšie delenie vstupujú do obdobia S a dochádza v nich k replikácii DNA.

Bunky so špecializovanými funkciami, ktoré dlho nevstupujú do mitózy alebo úplne stratili schopnosť deliť sa, sú v stave nazývanom perióda G0. Väčšina buniek v tele je diploidná – to znamená, že majú dve haploidné sady chromozómov (haploidná sada je počet chromozómov v gamétach; u ľudí je to 23 chromozómov a diploidná sada chromozómov je 46). V pohlavných žľazách prekurzory zárodočných buniek najskôr prechádzajú sériou mitotických delení a potom vstupujú do meiózy, čo je proces tvorby gamét pozostávajúci z dvoch po sebe nasledujúcich delení. Pri meióze dochádza k párovaniu homológnych chromozómov (1. otcovský chromozóm s materským 1. chromozómom atď.), po ktorých pri takzvanom prekrížení dochádza k rekombinácii, teda k výmene úsekov medzi otcovským a materským chromozómom. V dôsledku toho sa kvalitatívne mení genetické zloženie každého chromozómu.

Pri prvom delení meiózy sa oddelia homológne chromozómy (a nie sesterské chromatidy, ako pri mitóze), čo vedie k vytvoreniu buniek s haploidnou sadou chromozómov, z ktorých každý obsahuje 22 zdvojených autozómov a jeden zdvojený pohlavný chromozóm. Medzi prvým a druhým delením meiózy nie je žiadna perióda S (obr. 2 vpravo) a sesterské chromatidy sa v druhom delení rozdelia na dcérske bunky. V dôsledku toho vznikajú bunky s haploidnou sadou chromozómov, v ktorých je o polovicu menej DNA ako v diploidných somatických bunkách v období G1 a 4-krát menej ako v somatických bunkách na konci obdobia S.

Počas oplodnenia sa počet chromozómov a obsah DNA v zygote stáva rovnaký ako v somatickej bunke v období G1. Obdobie S v zygote otvára cestu k pravidelnému deleniu, charakteristickému pre somatické bunky.