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

Podľa bunkovej teórie nové bunky vznikajú len delením predchádzajúcich materských buniek. , ktoré obsahujú molekuly DNA, hrajú dôležitú úlohu v procesoch bunkového delenia, keďže 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 objavenia sa bunky a pred apoptózou prechádza bunka mnohými deleniami.

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 separácie cytoplazmy medzi dvoma dcérskymi bunkami. Cytológia zvyčajne pod názvom mitóza spája 2. a 3. štádium, teda delenie buniek (karyokinézu) a cytoplazmatické delenie (cytokinézu).

Poďme si bližšie charakterizovať medzifázu (obr. 2). Interfáza pozostáva z 3 periód: G 1, S a G 2. Prvá perióda, presyntetická (G 1) je fázou intenzívneho rastu buniek.

Ryža. 2. Hlavné fázy životného cyklu bunky.

Tu dochádza k syntéze určitých látok, čo 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 G 1 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 (G 2) 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.

Predtým, ako prejdeme k popisu 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 molekuly materskej 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 ().

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.

Bunkový cyklus

Bunkový cyklus pozostáva z mitózy (M fáza) a interfázy. V medzifáze sa postupne rozlišujú fázy G 1, S a G 2.

ETAPY BUNKOVÉHO CYKLU

Medzifáza

G 1 nasleduje telofázu mitózy. Počas tejto fázy bunka syntetizuje RNA a proteíny. Trvanie fázy sa pohybuje od niekoľkých hodín do niekoľkých dní.

G 2 bunky môžu opustiť cyklus a sú vo fáze G 0 . Vo fáze G 0 bunky sa začínajú diferencovať.

S. Počas S fázy pokračuje v bunke syntéza proteínov, dochádza k replikácii DNA a oddeľujú sa centrioly. Vo väčšine buniek trvá S fáza 8-12 hodín.

G 2 . Vo fáze G 2 pokračuje syntéza RNA a proteínu (napríklad syntéza tubulínu pre mikrotubuly mitotického vretienka). Dcérske centrioly dosahujú veľkosť definitívnych organel. Táto fáza trvá 2-4 hodiny.

MITÓZA

Počas mitózy sa delí jadro (karyokinéza) a cytoplazma (cytokinéza). Fázy mitózy: profáza, prometafáza, metafáza, anafáza, telofáza.

Profáza. Každý chromozóm sa skladá z dvoch sesterských chromatíd spojených centromérou; jadierko zmizne. Centrioly organizujú mitotické vreteno. Pár centriolov je súčasťou mitotického centra, z ktorého radiálne vychádzajú mikrotubuly. Najprv sa mitotické centrá nachádzajú v blízkosti jadrovej membrány a potom sa rozchádzajú a vytvorí sa bipolárne mitotické vreteno. Tento proces zahŕňa pólové mikrotubuly, ktoré sa navzájom ovplyvňujú, keď sa predlžujú.

Centriole je súčasťou centrozómu (centrozóm obsahuje dva centrioly a pericentriolovú matricu) a má tvar valca s priemerom 15 nm a dĺžkou 500 nm; stena valca pozostáva z 9 trojíc mikrotubulov. V centrozóme sú centrioly umiestnené navzájom v pravom uhle. Počas S fázy bunkového cyklu sa duplikujú centrioly. Pri mitóze sa páry centriolov, z ktorých každý pozostáva z pôvodného a novovytvoreného, ​​rozchádzajú k pólom buniek a podieľajú sa na tvorbe mitotického vretienka.

Prometafáza. Jadrový obal sa rozpadá na malé úlomky. V oblasti centroméry sa objavujú kinetochory, ktoré fungujú ako centrá pre organizáciu kinetochorových mikrotubulov. Odchod kinetochórov z každého chromozómu v oboch smeroch a ich interakcia s pólovými mikrotubulmi mitotického vretienka je dôvodom pohybu chromozómov.

Metafáza. Chromozómy sa nachádzajú v oblasti rovníka vretena. Vytvorí sa metafázová platňa, v ktorej je každý chromozóm držaný párom kinetochorov a pridružených kinetochorových mikrotubulov nasmerovaných na opačné póly mitotického vretienka.

Anaphase– divergencia dcérskych chromozómov k pólom mitotického vretienka rýchlosťou 1 µm/min.

Telofáza. Chromatidy sa približujú k pólom, kinetochorové mikrotubuly miznú a pólové sa ďalej predlžujú. Vytvorí sa jadrový obal a objaví sa jadierko.

Cytokinéza– rozdelenie cytoplazmy na dve samostatné časti. Proces začína v neskorej anafáze alebo telofáze. Plazmalema je stiahnutá medzi dve dcérske jadrá v rovine kolmej na dlhú os vretena. Štiepna ryha sa prehlbuje a medzi dcérskymi bunkami zostáva most - zvyškové teliesko. Ďalšia deštrukcia tejto štruktúry vedie k úplnému oddeleniu dcérskych buniek.

Regulátory bunkového delenia

Bunková proliferácia, ku ktorej dochádza prostredníctvom mitózy, je prísne regulovaná rôznymi molekulárnymi signálmi. Koordinovaná aktivita týchto viacerých regulátorov bunkového cyklu zaisťuje ako prechod buniek z fázy do fázy bunkového cyklu, tak aj presné vykonávanie udalostí každej fázy. Hlavným dôvodom výskytu proliferačne nekontrolovaných buniek sú mutácie v génoch kódujúcich štruktúru regulátorov bunkového cyklu. Regulátory bunkového cyklu a mitózy sa delia na intracelulárne a intercelulárne. Intracelulárne molekulárne signály sú početné, z nich treba spomenúť predovšetkým samotné regulátory bunkového cyklu (cyklíny, cyklín-dependentné proteínkinázy, ich aktivátory a inhibítory) a nádorové supresory.

MEIOZA

Počas meiózy sa tvoria haploidné gaméty.

Prvé meiotické delenie

Prvým delením meiózy (profáza I, metafáza I, anafáza I a telofáza I) je redukcia.

Profázaja prechádza postupne niekoľkými štádiami (leptotén, zygotén, pachytén, diplotén, diakinéza).

Leptotén - chromatín kondenzuje, každý chromozóm pozostáva z dvoch chromatíd spojených centromérou.

zygotén– homológne párové chromozómy sa priblížia a dostanú sa do fyzického kontaktu ( synapsie) vo forme synaptonemálneho komplexu, ktorý zabezpečuje konjugáciu chromozómov. V tomto štádiu dva susedné páry chromozómov tvoria bivalent.

Pachytena– chromozómy hrubnú v dôsledku spiralizácie. Oddelené úseky konjugovaných chromozómov sa navzájom pretínajú a vytvárajú chiazmata. Deje sa tu prejsť- výmena úsekov medzi otcovskými a materskými homologickými chromozómami.

Diplotena– oddelenie konjugovaných chromozómov v každom páre v dôsledku pozdĺžneho štiepenia synaptonemálneho komplexu. Chromozómy sú rozdelené po celej dĺžke komplexu, s výnimkou chiazmat. V bivalente sú jasne rozlíšiteľné 4 chromatidy. Takýto bivalent sa nazýva tetráda. Miesta odvíjania sa objavujú v chromatidoch, kde sa syntetizuje RNA.

Diakinéza. Procesy skracovania chromozómov a štiepenia chromozómových párov pokračujú. Chiasmata sa presúvajú na konce chromozómov (terminalizácia). Jadrová membrána je zničená a jadierko zmizne. Objaví sa mitotické vreteno.

Metafázaja. V metafáze I tvoria tetrady metafázovú platňu. Vo všeobecnosti sú otcovské a materské chromozómy náhodne rozdelené na jednej alebo druhej strane rovníka mitotického vretienka. Tento vzorec distribúcie chromozómov je základom druhého Mendelovho zákona, ktorý (spolu s krížením) zabezpečuje genetické rozdiely medzi jednotlivcami.

Anaphaseja sa líši od anafázy mitózy tým, že počas mitózy sa sesterské chromatidy pohybujú smerom k pólom. Počas tejto fázy meiózy sa neporušené chromozómy presúvajú k pólom.

Telofázaja sa nelíši od telofázy mitózy. Vznikajú jadrá s 23 konjugovanými (zdvojenými) chromozómami, dochádza k cytokinéze a tvoria sa dcérske bunky.

Druhé delenie meiózy.

Druhé delenie meiózy - rovnicové - prebieha rovnako ako mitóza (profáza II, metafáza II, anafáza II a telofáza), ale oveľa rýchlejšie. Dcérske bunky dostávajú haploidnú sadu chromozómov (22 autozómov a jeden pohlavný chromozóm).

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 vo fáze GO, ktorá je súčasťou fázy G1.

Trvanie M-fázy je 30-60 minút, pričom celý bunkový cyklus prebehne asi 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 štádia podobné bielkovinám CZK spôsobiť zhutnenie chromozómov, pretrhnutie jadrového obalu a reorganizáciu cytoskeletálnych mikrotubulov za účelom vytvorenia štiepneho vretienka (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. Profáza. 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 pár centriolov spojených s každým centrozómom sa oddeľuje. 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.

Obdobie života bunky od okamihu jej zrodu v dôsledku delenia materskej bunky do ďalšieho delenia alebo smrti sa nazýva životný (bunkový) cyklus bunky.

Bunkový cyklus buniek schopných reprodukcie zahŕňa dve fázy: - INTERFÁZU (štádium medzi deleniami, interkinéza); - OBDOBIE DELENIA (mitóza). V interfáze sa bunka pripravuje na delenie – syntézu rôznych látok, ale hlavné je zdvojnásobenie DNA. Z hľadiska trvania tvorí väčšinu životného cyklu. Interfáza pozostáva z 3 periód: 1) Presyntetická - G1 (ji one) - nastáva bezprostredne po ukončení delenia. Bunka rastie, hromadí rôzne látky (bohaté na energiu), nukleotidy, aminokyseliny, enzýmy. Príprava na syntézu DNA. Chromozóm obsahuje 1 molekulu DNA (1 chromatid). 2) Syntetický – materiál S je duplikovaný – molekuly DNA sa replikujú. Proteíny a RNA sa intenzívne syntetizujú. Počet centriolov sa zdvojnásobí.

3) Postsyntetický G2 – premitotický, syntéza RNA pokračuje. Chromozómy obsahujú 2 svoje kópie – chromatidy, z ktorých každá nesie 1 molekulu DNA (dvojvláknovú). Bunka je pripravená na delenie, chromozóm je sporalizovaný.

Amitóza - priame delenie

Mitóza - nepriame delenie

Meióza – redukčné delenie

Amitóza– vyskytuje sa zriedkavo, najmä v starnúcich bunkách alebo pri patologických stavoch (reparácia tkaniva), jadro zostáva v medzifázovom stave, chromozómy nie sú sporalizované. Jadro je rozdelené zúžením. Cytoplazma sa nemusí deliť, potom sa tvoria dvojjadrové bunky.

MITÓZA- univerzálny spôsob delenia. Tvorí len malú časť životného cyklu. Cyklus buniek črevného epitelu mačiek je 20–22 hodín, mitóza je 1 hodina. Mitóza pozostáva zo 4 fáz.

1) PROFÁZA - dochádza ku skráteniu a zhrubnutiu chromozómov (špiralizácia), sú dobre viditeľné. Chromozómy pozostávajú z 2 chromatidov (zdvojenie počas interfázy). Jadierko a jadrová membrána sa rozpadnú, cytoplazma a karyoplazma sa zmiešajú. Rozdelené bunkové centrá sa rozchádzajú pozdĺž dlhej osi bunky smerom k pólom. Vznikne štiepne vreteno (pozostávajúce z elastických proteínových filamentov).

2) METOFÁZA - chromozómy sú umiestnené v rovnakej rovine pozdĺž rovníka a tvoria metafázovú platňu. Vreteno sa skladá z 2 typov závitov: niektoré spájajú bunkové centrá, druhé (ich počet = počet chromozómov je 46) sú pripevnené, jeden koniec k centrozómu (bunkovému centru), druhý k centromére chromozómu. Centroméra sa tiež začína deliť na 2. Chromozómy (na konci) sú rozdelené na centromére.

3) ANAFÁZA – najkratšia fáza mitózy. Vretienkové vlákna sa začínajú skracovať a chromatidy každého chromozómu sa od seba vzďaľujú smerom k pólom. Každý chromozóm pozostáva iba z 1 chromatidy.

4) TELOFÁZA – chromozómy sú sústredené v príslušných bunkových centrách a despiralizované. Vznikajú jadierka a jadrová membrána a vzniká membrána, ktorá oddeľuje sesterské bunky od seba. Sesterské bunky sa oddelia.

Biologický význam mitózy spočíva v tom, že výsledkom je, že každá dcérska bunka dostane presne rovnakú sadu chromozómov, a teda presne rovnakú genetickú informáciu, akú mala materská bunka.

7. MEIÓZA – DELENIE, DOZERÁVANIE ZÁRODNÝCH BUNIEK

Podstatou sexuálneho rozmnožovania je splynutie dvoch jadier zárodočných buniek (gamét) spermie (manžel) a vajíčka (manželky). Počas vývoja zárodočné bunky podliehajú mitotickému deleniu a počas dozrievania meiotickému deleniu. Preto zrelé zárodočné bunky obsahujú haploidnú sadu chromozómov (p): P + P = 2P (zygota). Ak by gaméty mali 2n (diploid), potomkovia by mali tetraploid (2n+2n) = 4n počet chromozómov atď. Počet chromozómov u rodičov a potomkov zostáva konštantný. Meiózou (gametogenézou) sa počet chromozómov zníži na polovicu. Pozostáva z 2 po sebe nasledujúcich divízií:

Reduktívne

Rovníková (vyrovnávacia)

bez medzifázy medzi nimi.

PROFÁZA 1 JE ODLIŠNÁ OD PROFÁZY MITÓZY.

1. Leptonóm (tenké filamenty) v jadre, diploidná sada (2p) dlhých tenkých chromozómov 46 ks.

2. Zygonema – homológne chromozómy (párové) – 23 párov u človeka je konjugovaných (zips) „pasujúci“ gén ku génu sú spojené po celej dĺžke 2p – 23 ks.

3. Pachynema (hrubé vlákna) homológ. chromozómy sú úzko spojené (bivalentné). Každý chromozóm pozostáva z 2 chromatíd, t.j. bivalentné - zo 4 chromatidov.

4.Diplonéma (dvojvláknová) konjugácia chromozómov sa navzájom odpudzujú. Dochádza k skrúteniu, niekedy aj k zámene zlomených častí chromozómov – crossover (crossing over) – tým sa prudko zvyšuje dedičná variabilita, nové kombinácie génov.

5. Diakinéza (pohyb do diaľky) - končí profáza, dochádza k spermalizácii chromozómov, rozpadu jadrovej membrány a nastupuje druhá fáza - metafáza prvého delenia.

Metafáza 1 – bivalenty (tetrady) ležia pozdĺž rovníka bunky, tvorí sa vreteno (23 párov).

Anafáza 1 – nie len jedna chromatida, ale dva chromozómy sa presúvajú na každý pól. Spojenie medzi homológnymi chromozómami je oslabené. Párové chromozómy sa od seba vzďaľujú na rôzne póly. Vytvára sa haploidná množina.

Telofáza 1 - na póloch vretena je zostavená jedna haploidná sada chromozómov, v ktorej nie je každý typ chromozómu reprezentovaný párom, ale prvým chromozómom pozostávajúcim z 2 chromatidov; cytoplazma nie je vždy rozdelená.

Meióza 1- delením dochádza k vytvoreniu buniek nesúcich haploidnú sadu chromozómov, ale chromozómy pozostávajú z 2 chromatíd, t.j. majú dvojnásobné množstvo DNA. Preto sú bunky už pripravené na 2. delenie.

Meióza 2 delenie (ekvivalent). Všetky štádiá: profáza 2, metafáza 2, anafáza 2 a telofáza 2. Prebieha ako mitóza, ale haploidné bunky sa delia.

V dôsledku delenia sa materské dvojvláknové chromozómy rozštiepia a vytvoria jednovláknové dcérske chromozómy. Každá bunka (4) bude mať haploidnú sadu chromozómov.

TO. v dôsledku 2 metotických delení dochádza:

Dedičná variabilita sa zvyšuje v dôsledku rôznych kombinácií chromozómov v dcérskych súboroch

Počet možných kombinácií párov chromozómov = 2 na mocninu n (počet chromozómov v haploidnej sade je 23 - ľudia).

Hlavným účelom meiózy je vytváranie buniek s haploidnou sadou chromozómov – to sa dosahuje vďaka tvorbe párov homológnych chromozómov na začiatku 1. meiotického delenia a následnej divergencii homológov do rôznych dcérskych buniek. Tvorba mužských zárodočných buniek je spermatogenéza a tvorba ženských zárodočných buniek je oogenéza.

Bunkový cyklus

Bunkový cyklus je obdobie existencie bunky od okamihu jej vzniku delením materskej bunky až po jej vlastné delenie alebo smrť Obsah [zobraziť]

Trvanie bunkového cyklu eukaryotov

Dĺžka bunkového cyklu sa medzi rôznymi bunkami líši. Rýchlo sa rozmnožujúce bunky dospelých organizmov, ako sú krvotvorné alebo bazálne bunky epidermis a tenkého čreva, môžu vstúpiť do bunkového cyklu každých 12-36 hodín.Krátke bunkové cykly (asi 30 minút) sú pozorované pri rýchlej fragmentácii vajíčok ostnatokožcov, obojživelníkov a iné zvieratá. V experimentálnych podmienkach má mnoho línií bunkových kultúr krátky bunkový cyklus (asi 20 hodín). Pre väčšinu aktívne sa deliacich buniek je obdobie medzi mitózami približne 10-24 hodín.

Fázy eukaryotického bunkového cyklu

Cyklus eukaryotických buniek pozostáva z dvoch období:

Obdobie bunkového rastu nazývané „interfáza“, počas ktorého sa syntetizuje DNA a proteíny a prebieha príprava na delenie buniek.

Obdobie bunkového delenia, nazývané „fáza M“ (od slova mitóza - mitóza).

Interfáza pozostáva z niekoľkých období:

G1 fáza (z anglického gap - gap), alebo počiatočná rastová fáza, počas ktorej dochádza k syntéze mRNA, proteínov a iných bunkových zložiek;

S-fáza (z anglického syntéza - syntetický), počas ktorej dochádza k replikácii DNA bunkového jadra, dochádza aj k zdvojeniu centriol (ak samozrejme existujú).

G2 fáza, počas ktorej nastáva príprava na mitózu.

V diferencovaných bunkách, ktoré sa už nedelia, nemusí byť v bunkovom cykle fáza G1. Takéto bunky sú v kľudovej fáze G0.

Obdobie bunkového delenia (fáza M) zahŕňa dve fázy:

mitóza (delenie bunkového jadra);

cytokinéza (delenie cytoplazmy).

Na druhej strane je mitóza rozdelená do piatich štádií; in vivo 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.

Regulácia bunkového cyklu

K pravidelnému sledu zmien v periódach bunkového cyklu dochádza prostredníctvom interakcie proteínov, ako sú cyklín-dependentné kinázy a cyklíny. Bunky vo fáze GO môžu vstúpiť do bunkového cyklu, keď sú vystavené rastovým faktorom. Rôzne rastové faktory, ako sú doštičkové, epidermálne a nervové rastové faktory, väzbou na svoje receptory spúšťajú intracelulárnu signalizačnú kaskádu, ktorá nakoniec vedie k transkripcii cyklínových génov a cyklín-dependentných kináz. Cyklín-dependentné kinázy sa stanú aktívnymi iba pri interakcii so zodpovedajúcimi cyklínmi. Obsah rôznych cyklínov v bunke sa počas bunkového cyklu mení. Cyklín je regulačná zložka komplexu cyklín-cyklín-dependentnej kinázy. Katalytickou zložkou tohto komplexu je kináza. Kinázy nie sú aktívne bez cyklínov. Rôzne cyklíny sa syntetizujú v rôznych štádiách bunkového cyklu. Obsah cyklínu B v žabích oocytoch teda dosahuje maximum v čase mitózy, keď sa spustí celá kaskáda fosforylačných reakcií katalyzovaných komplexom cyklín B/cyklín-dependentná kináza. Na konci mitózy je cyklín rýchlo zničený proteinázami.

Kontrolné body bunkového cyklu

Na určenie dokončenia každej fázy bunkového cyklu je potrebná prítomnosť kontrolných bodov. Ak bunka „prejde“ kontrolným bodom, pokračuje v „pohybe“ bunkovým cyklom. Ak niektoré okolnosti, ako napríklad poškodenie DNA, bránia bunke prejsť cez kontrolný bod, ktorý možno prirovnať k určitému kontrolnému bodu, potom sa bunka zastaví a ďalšia fáza bunkového cyklu nenastane, aspoň kým sa neodstránia prekážky. , ktoré bránia bunke prejsť cez kontrolný bod. V bunkovom cykle sú najmenej štyri kontrolné body: kontrolný bod v G1, ktorý kontroluje neporušenú DNA pred vstupom do S fázy, kontrolný bod vo fáze S, ktorý kontroluje správnu replikáciu DNA, kontrolný bod v G2, ktorý kontroluje vynechané lézie, keď absolvovaním predchádzajúcich overovacích bodov alebo získanými v nasledujúcich fázach bunkového cyklu. Vo fáze G2 sa zisťuje úplnosť replikácie DNA a bunky, v ktorých je DNA nedostatočne replikovaná, nevstupujú do mitózy. Na kontrolnom bode zostavy vretena sa kontroluje, či sú všetky kinetochory pripojené k mikrotubulom.

Poruchy bunkového cyklu a tvorba nádorov

Zvýšenie syntézy proteínu p53 vedie k indukcii syntézy proteínu p21, inhibítora bunkového cyklu.

Narušenie normálnej regulácie bunkového cyklu je príčinou väčšiny solídnych nádorov. V bunkovom cykle, ako už bolo spomenuté, je prechod kontrolnými bodmi možný iba vtedy, ak sú predchádzajúce fázy dokončené normálne a nedochádza k žiadnym poruchám. Nádorové bunky sú charakterizované zmenami v komponentoch kontrolných bodov bunkového cyklu. Keď sú kontrolné body bunkového cyklu inaktivované, pozoruje sa dysfunkcia niekoľkých nádorových supresorov a protoonkogénov, najmä p53, pRb, Myc a Ras. Proteín p53 je jedným z transkripčných faktorov, ktoré iniciujú syntézu proteínu p21, ktorý je inhibítorom komplexu CDK-cyklín, čo vedie k zastaveniu bunkového cyklu v periódach G1 a G2. Bunka, ktorej DNA je poškodená, teda nevstúpi do S fázy. Pri mutáciách vedúcich k strate génov proteínu p53 alebo pri ich zmenách nedochádza k blokáde bunkového cyklu, bunky vstupujú do mitózy, čo vedie k vzniku mutantných buniek, z ktorých väčšina je neživotaschopná, iné spôsobujú stúpať na malígne bunky.

Cyklíny sú rodinou proteínov, ktoré sú aktivátormi cyklín-dependentných proteínkináz (CDK), kľúčových enzýmov zapojených do regulácie eukaryotického bunkového cyklu. Cyklíny dostali svoje meno vďaka skutočnosti, že ich intracelulárna koncentrácia sa periodicky mení, keď bunky prechádzajú bunkovým cyklom, pričom v určitých fázach cyklu dosahujú maximum.

Katalytická podjednotka cyklín-dependentnej proteínkinázy je čiastočne aktivovaná interakciou s molekulou cyklínu, ktorá tvorí regulačnú podjednotku enzýmu. Tvorba tohto heterodiméru je možná, keď cyklín dosiahne kritickú koncentráciu. V reakcii na zníženie koncentrácie cyklínu je enzým inaktivovaný. Na úplnú aktiváciu cyklín-dependentnej proteínkinázy musí dôjsť k špecifickej fosforylácii a defosforylácii určitých aminokyselinových zvyškov v polypeptidových reťazcoch tohto komplexu. Jedným z enzýmov, ktoré takéto reakcie vykonávajú, je CAK kináza (CAK - CDK activating kinase).

Cyklín-dependentná kináza

Cyklín-dependentné kinázy (CDK) sú skupinou proteínov regulovaných cyklínom a molekulami podobnými cyklínu. Väčšina CDK sa podieľa na fázových prechodoch bunkového cyklu; regulujú tiež transkripciu a spracovanie mRNA. CDK sú serín/treonín kinázy, ktoré fosforylujú zodpovedajúce proteínové zvyšky. Je známych niekoľko CDK, z ktorých každá je aktivovaná jedným alebo viacerými cyklínmi a inými podobnými molekulami po dosiahnutí ich kritickej koncentrácie a väčšinou sú CDK homológne, líšia sa predovšetkým konfiguráciou väzbového miesta cyklínu. V reakcii na zníženie intracelulárnej koncentrácie konkrétneho cyklínu je zodpovedajúca CDK reverzibilne inaktivovaná. Ak sú CDK aktivované skupinou cyklínov, každý z nich, ako keby medzi sebou prenášal proteínkinázy, udržiava CDK v aktivovanom stave po dlhú dobu. Takéto vlny aktivácie CDK sa vyskytujú počas G1 a S fázy bunkového cyklu.

Zoznam CDK a ich regulátorov

CDK1; cyklín A, cyklín B

CDK2; cyklín A, cyklín E

CDK4; cyklín D1, cyklín D2, cyklín D3

CDK5; CDK5R1, CDK5R2

CDK6; cyklín D1, cyklín D2, cyklín D3

CDK7; cyklín H

CDK8; cyklín C

CDK9; cyklín T1, cyklín T2a, cyklín T2b, cyklín K

CDK11 (CDC2L2); cyklín L

Amitóza (alebo priame delenie buniek) sa v somatických bunkách eukaryotov vyskytuje menej často ako mitóza. Prvýkrát ho opísal nemecký biológ R. Remak v roku 1841, termín navrhol histológ. V. Flemming neskôr - v roku 1882. Vo väčšine prípadov sa amitóza pozoruje v bunkách so zníženou mitotickou aktivitou: ide o starnúce alebo patologicky zmenené bunky, často odsúdené na smrť (bunky embryonálnej membrány cicavcov, nádorové bunky atď.). Pri amitóze je interfázový stav jadra morfologicky zachovaný, jadierko a jadrový obal sú jasne viditeľné. Neexistuje žiadna replikácia DNA. K chromatínovej spiralizácii nedochádza, chromozómy nie sú detekované. Bunka si zachováva svoju charakteristickú funkčnú aktivitu, ktorá počas mitózy takmer úplne zmizne. Pri amitóze sa delí iba jadro, bez vzniku štiepneho vretienka, dedičný materiál sa teda rozdeľuje náhodne. Neprítomnosť cytokinézy vedie k tvorbe dvojjadrových buniek, ktoré následne nie sú schopné vstúpiť do normálneho mitotického cyklu. Pri opakovaných amitózach sa môžu vytvárať viacjadrové bunky.

Tento pojem sa ešte do 80. rokov objavoval v niektorých učebniciach. V súčasnosti prevláda názor, že všetky javy pripisované amitóze sú výsledkom nesprávnej interpretácie nedostatočne pripravených mikroskopických preparátov alebo interpretácie javov sprevádzajúcich deštrukciu buniek alebo iné patologické procesy ako je delenie buniek. Zároveň niektoré varianty jadrového delenia v eukaryotoch nemožno nazvať mitózou alebo meiózou. Ide napríklad o delenie makronukleov mnohých nálevníkov, kde dochádza k segregácii krátkych fragmentov chromozómov bez vytvorenia vretienka.