Життєвий цикл клітини. Мітоз, його порушення

Клітинний цикл (життєвий цикл клітини) — період існування клітини від поділу до поділу або від поділу до смерті. У ньому виділяють інтерфазу та мітоз (рис. 1.17).

Інтерфаза (від лат. іпіег — між) — проміжок між двома мітозами. Це період підготовки клітини до наступного поділу, коли в ній відбуваються інтенсивні син­тетичні процеси, з яких основним є синтез ДНК.

Періоди інтерфази:

— пресинтетичний (С_}) — клітина посилено росте, синтезує білки, нагромаджує енергію, збільшує кількість органел, готується до синтезу ДНК; у клітині дипло'щ- ний набір хромосом (2п) і відповідна кількість ДНК (2с); хромосоми — однохрома- тидні і кожна з них містить одну молекулу ДНК;

_синтетинний (5) - ^НК)'

пнк (реплікація ДНК), ся ^синте3 кількість ДНК збіль- унаслідок ^ _число хро-

^ШУЄом^С2п^Вне^Чзбільшується, а кожна з ^м0 Л подвоєною і відтепер скла- них стає II _чних сестринсь-

дається з двох іде.« _{3 двох}

_ких ^хР°^м;;^И_м^Д₀^_кул ДНК; кількість

синтезована ДНК, теж достов.рно

^П°ГТтсингпегпи^й (С₂) - кліти­на синтезує РНК, білки, у ТОМУ числі білки веретена поділу - тубуліниі _об'_єм збільшується вдвічі, клітина, готова до поділу, вступає в мітоз; ге­нетична формула клітини - 1 п 4с. ^ Мітоз (каріокінез, непрямии поділ) - основний тип поділу еу- каріотичних ™тин, у результаті якого з однієї материнської клітини утворюються

дві дочірні, генетично ідентичні материнськім. Розоізняють такі фази мітозу (рис. 1.18):

1 Профаза. Хромосоми спіралізуються (конденсуються) і стають видимими в світловий мікроскоп у формі довгих тонких переплетених ниток (стадія ПИЛЬНОГО клубка). Поява хромосом - найхарактерніша ознака початку мітозу, звідки він і одержав свою назву (від грец. тіїоз — нитка). Кожна хромосома має по дві хрома- тиди, які щільно прилягають одна до одної. Унаслідок подальшої спіралізації хро­мосоми вкорочуються, потовщуються і відокремлюються одна від одної (стадія пух­кого клубка). Між хроматидами з'являється щілина.

Друга важлива подія профази — утворення мітотичного апарату: у тварин і нижчих рослин — за участю центріолей, у вищих рослин — без них (центріолі від­сутні). Подвійні центріолі розходяться і формують два протилежні полюси клітини. Навколо кожної з них утворюється промениста фігура — центросфера. У міру роз­ходження центріолей між ними виникають нитки веретена поділу. Одні з них (цен­тральні) йдуть від полюса до екватора і далі до протилежного полюса інші (кінето- хорт) - прикріплюються до кінетохорів центромер. Дві центросфери і веретено

м^ом^ИГ_яЗ^ЮІГ^М_¥^{Ітоттний апа}Р™> який забезпечує впорядкований рух хро­мом ^{СТРУКТУРИ} побудовані з мікротрубочок, які утворюються шляхом полімеризації тубулінових та інших білків

2 Метафаз?почиГ"^{аЮТЬ ЯДЄРЦЯ}' ^РУЙНУ™ оболонка.

мосоми виш^^^І^^Г-^{0004 ДОЄКВаТОра КЛІТИНМ} ^такінсз). *ро-

або материнс1ку Гр у При Г₀мГ,Г°^{ЩИ,Щ уТВО}Р^юю"^и метафазну пяаспиш- площині перпенли^лярио Го^Р^Г^^Цна пп^{МЄРИ Т}°^МН° ^{В е}™ріальній

Конденсація хромосом досягав її *Р°^{МОСОМ об}е_Рнені до периферії,

для вивчення каріотипу. ^м^симуму. Метафазну пластинку використовують

20

- пізня анафаза; 9 - рання телофаза

3. Анафаза. Центромери одночасно розділяються і хроматиди (тепер їх назива­ють дочірніми хромосомами) синхронно рухаються до протилежних полюсів. Одна хроматида (половинка) від кожної хромосоми йде до одного полюса, інша - до протилежного. Рух хромосом забезпечують мікротрубочки веретена поділу. На по­люсах клітини формуються два ідентичні диплоїдні набори хромосом (у людини — по 46). Хромосоми однохроматидні. Генетична формула цієї стадії — 4п4с.

4. Телофаза — заключна фаза мітозу, яка характеризується зворотними проце­сами порівняно з профазою: хромосоми деспіралізуються, видовжуються і їх вже не можна розрізнити як окремі структури; мікротрубочки веретена деполімеризуються і зникають, навколо хромосом формується ядерна оболонка, з'являються ядерця; завершується поділ материнського ядра і настає поділ цитоплазми (цитокінез)', ут­ворюються дві дочірні клітини, у кожній з яких 2п хромосом і 2с ДНК (генетична формула — 2п2с).

У ссавців мітоз триває 1—1,5 год, С₂ — 2—5 год, 8 — 6—10 год, тривалість С, коливається значно більше. У клітинному циклі виділяють ще період О^, коли клі­тина перестає розмножуватися і переходить цілком до виконання спеціалізованих функцій.

Біологічне значення мітозу:

- забезпечує точний і рівномірний розподіл хромосом між двома дочірніми клітинами, кожна з них одержує стільки хромосом, скільки їх мала материнська;

• дочірні клітини генетично ідентичні материнській та ідентичні між собою (у цьому сенсі мітоз є засобом клонування);

• підтримує сталість числа хромосом у соматичних клітинах і наступність їх у ряді клітинних поколінь;

• збільшує кількість клітин в організмі і забезпечує у такий спосіб ріст і регене-

Гію, а в багатьох видів приводить до збільшення їхньої чисельності (найпростіші).

Порушення мітозу пов'язані найчастіше з ушкодженнями структури хромосом, мітотичного апарату, порушенням цитокінезу.

ї Мітотичний апарат особливо чутливий до зовнішніх факторів: радіації, хімічних речовин (у тому числі лікарських препаратів), алкоголю, вірусних інфекцій, високої температури, рослинних отрут (колхіцин). Це призводить до гальмування мітозу, нерозходження хромосом і зміни числа хромосом у каріотипі дочірніх клітин.

У разі порушення цитокінезу утворюються дво- і багатоядерні клітини. Патоло­гічні мітози часто спостерігають при канцерогенезі, променевій хворобі, вірусних інфекціях. З патологією мітозу пов'язане виникнення соматичних мутацій. Якщо мітоз порушується під час утворення гамет, виникають генеративні мутації

о Генетична роль нуклеїнових кислот

1 Оскільки відомо, що з ДНК побудовані гени, які контролюють усі процеси в клітині шляхом синтезу ферментів та інших білків, що, своєю чергою, визначають синтез інших речовин "клітини, то, по суті, ДНК є носієм генетичної (спадкової) інформації. Таким чином, генетична інформація — це інформація про білки. У зв'язку з цим розрізняють такі функції ДНК як спадкового матеріалу:

4

1. Збереження спадкової інформації, на основі якої формується фенотип, що стає можливим унаслідок існування генетичного коду /Генетичний код — система запису спадкової інформації, за якою послідовність нуклеотидів у молекулах нуклеїнових кислот визначає послідовність амінокислот у молекулах білків. Оскільки в процесі

34

молекулярні основи спадковості. реалізація спадкової інформації

реалізації генетична інформація переписується з ДНК на іРНК, генетичний код читається за іРНК і записується за допомогою чотирьох азотистих основ РНК (А, У, Г, Ц).

Генетичний код (табл. 2.1) характеризується такими властивостями!

• тритетність — кожна амінокислота кодується трьома сусідніми нуклеоти- дами (триплетом);

• універссиьність — код єдиний для всіх організмів, одні й ті самі триплети кодують одні й ті самі амінокислоти у різних біологічних видів. Завдяки універсаль­ності генетичного коду гени скеровують синтез відповідних білків навіть у чужих клітинах, якщо ці клітини включили їх у свої ДНК;

• виродженість, або множинність, — одна амінокислота може кодуватися більш ніж одним триплетом. Оскільки існує чотири типи нуклеотидів, генетичний код складається з 64 кодонів (4³ = 64), з них 61 кодон кодує 20 амінокислот. Три кодо- ни (УАГ, УАА, УГА) — нонсенс-кодони, не кодують жодної амінокислоти і для них не існує тРНК; вони виконують роль сигналів завершення трансляції (стоп-кодо- ни, кодони-термінатори). Одним триплетом кодуються метіонін і триптофан, інші 18 з 20 амінокислот — кількома (2, 3, 4 і 6).

Виродженість захищає генетичний код від мутаційних

замін. Якщо в кодоні АГЦ, який кодує аргінін, станеться заміна цитозину на аденін, то зміст спадкової інформації від цього не порушиться і в білковій молекулі не відбудеться жодних змін, оскільки кодон АГА також кодує аргінін;

• специфічність — кожний окремий триплет кодує лише одну певну амінокис­лоту. Специфічність не суперечить множинності. Наприклад, триплет УУА кодує лише лейцин, тобто для цієї амінокислоти він є специфічним. Однак із цього не випливає, що лейцин не може кодуватися іншими триплетами, але це вже відобра­жається такою властивістю, як множинність;

розділ 2

• неперекривність - конкретний нуклеотид входить до складу лише одного

триплету, тобто якшо нуклеотид увійшов до складу попереднього триплету, то до вилк

складу наступного він уже входити не може; І

• колінеарність - послідовність триплетів у ДНК визначає порядок розташу- Кож вання амінокислот у молекулі білка. Це означає, що положення кожної амінокис- нове лоти в білковому поліпептиді залежить від положення триплету у молекулі ДНК. рівн По суті, ген і поліпептид, який він кодує, є колінеарними; |И Щ(

Модифікаційна мінливість. 91

124 113

тин. Відтворення відбувається у 8-період інтерфази і забезпечується реплікацією молекули ДНК, передавання здійснюється в ході мітотичного механізму. З

Реплікація (самоподвоєння, самовідтворення) - синтез ДНК на матриці ДНК, якии забезпечує точне копіювання спадкової інформації. Здатність до самопод­воєння - унікальна властивість ДНК, притаманна плементарності двох полінуклеотидів її молекули.

Етапами ПРПпіїготіїї*

лаїліравді розвиток оудь-икил ознак. ь рсзульї аіим ^ічло^і»— - нами на рівні генетичного матеріалу, у процесі біосинтезу білка, між білками-фер- ментами. Ознака формується під впливом не одного, а багатьох ферментів за пев­них умов середовища.