Тема 9 Механизмы деления клеток. Размножение животных организмов.

Задание 5. Охарактеризовать интерфазу и периоды клеточного цикла, её составляющие. Показать особенности строения интерфазного ядра.

Ответ.

В жизненном цикле выделяют два этапа: первый этап – подготовка клетки к делению – интерфаза, второй этап – разделение клетки на две – митоз.

Интерфазой называют промежуток между двумя клеточными делениями. В интерфазу происходят важнейшие события в клеточной жизни. Длительность интерфазы и всего клеточного цикла может варьировать от 1-3 часа до 18-20 часов. В интерфазу происходит транскрипция, трансляция, репликация. В конце интерфазы хромосомы удвоенные.

Структурные элементы ядра бывают четко выражены только в определенный период клеточного цикла в интерфазе. В период деления клетки (в период митоза или мейоза) одни структурные элементы исчезают, другие существенно преобразуются.

Ядро неделящейся клетки называют интерфазным. В этот период обменные процессы в нем проходят наиболее интенсивно. Составными частями интерфазного ядра эукариотов являются: ядерная оболочка (нуклеолемма или кариолемма), ядерный сок (нуклеоплазма или кариоплазма), ядрышко, хроматин и ядерный белковый матрикс.

Митотический цикл подразделяют на четыре периода (фазы) : пресинтетический период, обозначаемый символом G1 (англ, gap — интервал) , синтетический период (S), постсинтетический (премитотический) период G2) и собственно деление клетки (митоз, или период М) . Последовательность этих периодов может быть представлена следующим образом: G1→ S→ G2 → M. Относительная продолжительность указанных периодов различается у организмов отдельных видов и в клетках разных тканей одного индивидуума . Периоды G1, S и G2 принято объединять под названием «интерфаза». Следует, однако, заметить, что этот термин возник еще до открытия самих периодов. Первоначально под интерфазой понимали подготовительный этап (промежуток) , существующий между двумя митотическими делениями.

В начальный отрезок интерфазы — в постмитотический (пресинтетический или G,) период, вслед за митозом восстанавливаются черты организации интерфазной клетки, завершается формирование ядрышка. Из цитоплазмы в ядро поступает значительное (до 90%) количество белка. В цитоплазме, параллельно реорганизации ультраструктуры, интенсифицируется синтез белка, что способствует увеличению массы клетки. Если дочерней клетке предстоит вступить в митотический цикл, синтезы приобретают направленный характер: образуется запас предшественников ДНК, ферменты, катализирующие реакцию ре­дупликации, синтезируется белок, включающий эту реакцию. Таким образом, осуществляются процессы подготовки следующего периода интерфазы — синтетического.

В синтетическом или S периоде удваивается количество наслед­ственного материала клетки. За малыми исключениями редуплика­ция ДНК осуществляется полуконсервативным способом. Он заклю­чается в расхождении биспирали ДНК на 2 молекулы с последующим синтезом возле каждой из них комплементарной молекулы. В результа­те возникают 2 идентичные биспирали. Молекулы ДНК, компле­ментарные материнским, образуются фрагментами по длине хромосо­мы, асинхронно в разных участках одной хромосомы, а также в разных хромосомах. Такие фрагменты составляют единицы репликации или репликоны. Затем фрагменты новообразованной ДНК «сшиваются» в одну макромолекулу. В клетке млекопитающего содержится более 20 000 репликонов, причем количество их меняется в онтогенезе. Участки хромосом, в которых начинается синтез ДНК, называют точками инициации. Возможно, ими являются точки прикрепления интерфазных хромосом к внутренней мембране ядерной оболочки. Можно думать, что ДНК отдельных фракций, о которых речь шла выше, редуплицируется в строго определенной части S-периода, например большая часть генов рРНК удваивает ДНК в начале его. Редупликация запускается поступающим в ядро из цитоплазмы сигналом, природа которого не выяснена. Синтезу ДНК в репликоне предшествует синтез РНК. Скорость редупликации составляет 0,2—2 мкм/мин. Она возрастает к концу синтетического периода. В клетке, прошедшей S-период интерфазы, хромосомы содержат удвоенное количество наследственного материала. Наряду с ДНК в синтетическом периоде интенсивно образуется РНК и белок, а количе­ство гистонов точно удваивается. Около 10% ДНК животной клетки находится в митохондриях. Незначительная часть митохондриальной ДНК редуплицируется в синтетическом, тогда как основная — в постсинтетическом периоде интерфазы.

Отрезок времени от окончания синтетического периода до начала митоза занимает предмитотический (постсинтетический) или G2-пери­од интерфазы. Он характеризуется интенсивным синтезом РНК и особенно белка. В итоге завершается удвоение массы цитоплазмы по сравнению с началом интерфазы, что необходимо для перехода клетки в период митоза. Часть образуемых белков (тубулины) используется в дальнейшем для построения микротрубочек веретена деления. Синтетический и предмитотический (постсинтетический) периоды связаны с митозом непосредственно. Это позволяет выделить их в особый период интерфазы — препрофазу.

При микроскопическом исследовании интерфазного ядра в нем обнаруживают лишь ядрышко и нежную гранулярную структуру. На ультратонких срезах толщиной 250-500 А основные структуры интерфазного ядра - деспирализованные хромосомы - раскрошены на мельчайшие короткие фрагменты.