Лекція 3 Життєвий цикл клітини. Мітоз. Розмноження. Мейоз
У житті клітини розрізняють життєвий цикл і клітинний цикл.
Життєвий цикл значно довший – це період від утворення клітини внаслідок поділу материнської клітини і до наступного поділу або до загибелі клітини. Впродовж життя клітини ростуть, диференціюються, виконують специфічні функції.
Клітинний цикл значно коротший. Це власне процес підготовки до поділу (інтерфаза) і сам поділ. Тому цей цикл називають ще мітотичним.
Періодизація на життєвий і мітотичний цикли досить умовна, оскільки життя клітини – безперервний, неподільний процес.
Клітинний цикл складається з інтерфази, мітозу і цитокінезу (рис.3). Тривалість клітинного циклу в різних організмах різна.
Інтерфаза – це підготовка клітини до поділу, на її частку припадає 90% усього клітинного циклу. На цій стадії відбуваються найбільш активні метаболічні процеси. Ядро має відповідну форму, що оточена двошаровою ядерною мембраною з порами.
Рисунок 3 – Життєвий цикл клітини
У інтерфазному ядрі проходить підготовка до поділу. Інтерфаза поділяється на періоди: G1, S, G2.
G1 – пресинтетичний період, період росту клітини, який передує реплікації ДНК. Тут відбуваються такі біохімічні процеси: синтез РНК, білків, зростає кількість рибосом і мітохондрій, відбувається накопичення енергетичного матеріалу для здійснення структурних перебудов і складних рухів під час поділу. Клітина інтенсивно росте і може виконувати свою функцію. Набір генетичного матеріалу буде 2n2c (n – кількість хромосом, с – кількість хроматид) .
S – синтетичний період, під час якого подвоюється ДНК, кожна хромосома внаслідок реплікації створює собі подібну структуру. Відбувається синтез РНК і білків, мітотичного апарату і подвоєння центріоль. Набір генетичного матеріалу становить 2n4c.
G2 – постсинтетичний період, під час якого клітина запасається енергією. Синтезуються білки ахроматинового веретена, йде підготовка до мітотичного поділу. Генетичний матеріал становить 2n4c.
Після досягнення клітиною певного стану (накопичення білків, подвоєння кількості ДНК та ін.), вона готова до поділу.
Існує два основних способи поділу ядер соматичних клітин: мітоз і амітоз.
Мітоз - (від грец. ????? – нитка) – непрямий поділ ядра, при якому відбувається точний розподіл спадкового матеріалу. Внаслідок мітозу кожна дочірня клітина отримує повний набір хромосом і за складом ідентична материнській клітині. Мітотичний поділ є переважаючим типом поділу еукаріотичних соматичних клітин і характерний для всіх багатоклітинних організмів. Мітоз настає після інтерфази і умовно поділяється на такі фази: профазу, метафазу, анафазу і телофазу.
Профаза – (від грец. ??? – до, і ????? – поява) – початкова стадія мітозу. У цій фазі ядро збільшується в розмірах, хроматинові нитки в результаті спіралізації наприкінці профази стають короткими, товстими, мають вигляд видимого клубка. Хромосоми складаються з двох половинок – хроматид, утримуються за допомогою центромери. Профаза завершується зникненням ядерця, центріолі розходяться до полюсів з утворенням веретена поділу. Ядерна мембрана розчиняється і хромосоми розміщуються в цитоплазмі. До центромер прикріплюються нитки веретена з обох полюсів.
Метафаза - (від грец. ???? – між, після) розпочинається рухом хромосом у напрямку до екватора, які утворюють метафазну пластинку. У цій фазі можна підрахувати число хромосом у клітині. Набір генетичного матеріалу становить 2n4c. Метафазну пластинку використовують у цитогенетичних дослідженнях для визначення числа і форми хромосом. За часом це найкоротша фаза поділу.
У анафазі (від грец. ??? – вверх) сестринські
хроматини відходять одна від одної, розділяється з’єднуюча їх центромерна ділянка. Всі центромери діляться одночасно. Кожна хроматида з окремою центромерою стає дочірньою хромосомою і по нитках веретена починає рухатися до одного з полюсів. Набір генетичного матеріалу клітини становить 4n4c.
Телофаза – (від грец. ????? – кінець) – кінцева стадія мітозу. Хромосоми, які досягли полюсів, складаються з однієї нитки, стають тонкими, довгими і невидимими у світловий мікроскоп. Формується ядерна оболонка, з’являється ядерце. У цей час зникає мітотичний апарат. Набір генетичного матеріалу становить 2n2c.
Потім відбувається цитокінез – розділення цитоплазми з утворенням двох дочірніх клітин.
Біологічне значення мітозу. Мітоз – найбільш поширений спосіб відтворення клітин тварин, рослин, найпростіших. Це основа росту і вегетативного розмноження всіх еукаріотів – організмів, які мають ядро. Основна роль його полягає у точному відтворенні клітин, забезпеченні рівномірного розподілу спадкового матеріалу материнської клітини між двома дочірніми і підтриманні сталості числа і форми хромосом у всіх клітинах тварин і рослин.
Амітоз – (від грец. ? – заперечення і ????? – нитка) – це прямий поділ ядра клітини без утворення веретена поділу та спіралізації хромосом, шляхом перетяжки простою перетинкою. Ядро може ділитися на дві чи декілька частин. При амітозі розподіл спадкового матеріалу між дочірніми клітинами може бути рівномірним або нерівномірним. Внаслідок цього утворюються однакові або неоднакові за розміром ядра. Тому дочірні клітини спадково неповноцінні. Зустрічається у деяких найпростіших, клітинах ряду спеціалізованих тканин, ракових пухлин.
Тривалість життя клітин обмежена. Багато клітин зазнає поділу, щоб замінити «зношені клітини», а також ті, які безперервно злущуються з поверхні тіла з різною швидкістю. Утворення нових клітин необхідне для заживлення ран, відновлення пошкоджених клітин. Надмірне утворення клітин утворюється за аномальних умов при пухлинному рості. Поряд з цим є високоспеціалізовані клітини (наприклад, нервові клітини), які втрачають здатність до розмноження.
Алкалоїд колхіцин призупиняє процес поділу на стадії метафази. Після ін’єкції колхіцину в різні терміни забирають кусочки тканини і підраховують кількість хромосом, вивчають каріотип клітин організмів.
Порушення, які виникають у мітозі, призводять до утворення клітин з різними каріотипами. Такий мітоз отримав назву патологічного. Із патологічними поділами ядра пов’язано багато захворювань (рак, променева хвороба, вірусна інфекція, хромосомні хвороби, викликані втратою або появою зайвих хромосом). Клітини з аномальним числом хромосом переважають у людей літнього і старечого віку.
