Тема 2.4 Деление клеток

Терминология

1. Митоз – основной способ деления клеток – эукариот.

2. Специализация клеток – определенное строение и функции.

3. Жизненный цикл – промежуток времени от возникновения до гибели организма.

4. Осмотическое давление – давление растворителя на полупроницаемую мембрану.

5. Полупроницаемость – способность тканей пропускать одни вещества и задерживать другие.

6. Тургор – напряженное состояние клеточной стенки. Нормальное состояние клетки.

7. Бактериофаг – вирус, поражающий бактерии.

8. Капсид – оболочка вируса.

Клетки образуются только в результате деления – митоза. В многоклеточном организме клетки специализированы, т.е. имеют строго определенное строение и функции.

Ткани живого организма характеризуются различной судьбой составляющих их клеток. Так в обновляющихся тканях (костный мозг, кожа, кишечник) до 80 % всех клеток постоянно находятся в митотическом цикле. Остальные клетки выходят из цикла, дифференцируются и приступают к выполнению функций. Вскоре эти клетки погибают. В растущих тканях (печень, почки) 10 % клеток непрерывно делятся, а другие выходят из митотического цикла либо до, либо после митоза и дифференцируются. При необходимости, в случае потери тканью клеток вследствие травмы, клетки могут утратить черты специализации – дифференцироваться, вступить в митоз и разделится. Клетки стабильных тканей (нервная, мышечная) в конце эмбрионального развития выходят из митотического цикла, необратимо дифференцируются и выполняют специфические функции в течение всей жизни организма.

Таким образом, жизненный цикл клетки представляет собой промежуток времени от момента возникновения клетки до её гибели или последующего деления.

В это время клетка растет, специализируется и выполняет функции в составе тканей и органов многоклеточного организма. В некоторых тканях, где клетки непрерывно делятся, жизненный цикл клетки фактически совпадает с митотическим циклом.

Митотический цикл

Совокупность последовательных и взаимосвязанных процессов в период подготовки клетки к делению, а также на протяжении самого деления (митоз) называется митотическим циклом.

Пресинтетический период. После завершения митоза клетка может вступить в период подготовки к синтезу ДНК – пресинтетический период. В течение этого периода в клетке интенсивно образуется РНК и белки, повышается активность ферментов, участвующих в биосинтезе ДНК. Затем клетка приступает к синтезу ДНК, т.е. к репликации или удвоению.

Процесс репликации начинается одновременно во многих точках каждой из хромосом. Две цепи исходной молекулы ДНК расходятся и каждая из них становится матрицей для воспроизведения новых цепей ДНК. Каждая из двух дочерних молекул обязательно включает одну старую и одну новую цепь последовательно соединенных нуклеотидов. В процессе синтеза ДНК принимает участие целая группа ферментов, важнейшим из которых является ДНК-полимераза. Удвоение ДНК происходит очень точно: новая молекула абсолютно идентична старой. В этом заключается глубокий биологический смысл, потому что нарушение структуры ДНК, приводящее к искажению генетического кода, сделало бы невозможным сохранение и передачу по наследству генетической информации, обеспечивающей развитие присущих определенному организму признаков. Продолжительность синтеза ДНК в разных клетках неодинакова и достигает 6-12 ч в клетках млекопитающих. В результате удвоения ДНК в каждой из хромосом оказывается вдвое больше ДНК, но число хромосом не изменяется.

Постсинтетический период. После завершения синтеза ДНК, клетка, как правило не сразу начинает делиться. Время от окончания синтеза ДНК и до начала митоза – это постсинтетический период. В этот период завершается подготовка клетки к митозу, удваиваются центриоли, синтезируются белки, завершается рост клетки.

Митоз состоит из четырёх фаз: профазы, метафазы, анафазы и телофазы.

В профазе увеличивается объем ядра, хромосомы спирализуются и становятся видимы. Центриоли расходятся к полюсам клетки. В результате спирализации хромосом прекращается синтез РНК. Между полюсами натягиваются ахроматиновые нити – формируется «веретено деления». Это аппарат обеспечивающий расхождение хромосом к полюсам клетки. Ядерная оболочка распадается на фрагменты, которые превращаются в пузырьки, сходные с ЭПС. Хромосомы утолщаются и укорачиваются. При отсутствии оболочки они переходят в цитоплазму.

В метафазе укороченные хромосомы переходят к экватору клетки. Происходит их разделение на хроматиды. Центромеры хромосом прикрепляются к нитям «веретена деления».

В анафазе хроматиды полностью разъединяются и с этого момента хроматиды становятся самостоятельными хромосомами. В результате сокращения ахроматиновых нитей происходит перемещение хроматид к полюсам. В этот момент в клетке находятся два диплоидных набора хромосом.

В телофазе хромосомы у полюсов деспирализуются. Формируется ядерная оболочка. В цитоплазме формируется перетяжка, делящая цитоплазму надвое. Все дочерние клетки содержат диплоидный набор хромосом.

Таким образом, биологический смысл митоза, как способа деления клеток заключается в точном распределении генетического материала между дочерними клетками. В результате митоза обе дочерние клетки получают диплоидный набор хромосом.

Биологическое значение митоза. Постоянство строения и правильность функционирования органов и тканей многоклеточного организма были бы невозможны без сохранения одинакового набора генетического материала в бесчисленных клеточных поколениях. Митоз обеспечивает важные проявления жизнедеятельности: эмбриональное развитие, рост, восстановление органов и тканей после повреждения, замещение погибших и отмерших клеток.

Неклеточные формы жизни – вирусы

Наука – раздел биологии, изучающая неклеточные формы жизни называется вирусологией. Начало было положено в 1892 г. ученым Д.И. Ивановским.

Вирусы играют большую роль в жизни человека. Они являются возбудителями ряда опасных заболеваний: оспы, гепатита, энцефалита, кори, гриппа и т.д.

Вирусы могут проявлять свойства живых организмов только в клетках. Это внутриклеточные паразиты, они не способны так же размножаться вне клетки. У клеточных организмов обязательно имеются ДНК и РНК из которых матрицей служит ДНК, то у вирусов матрицей может быть любая из них. В отличие от клеточных организмов у вирусов отсутствует собственная система метаболизма, в том числе синтезирующие белки. Вирусы вносят в клетку свою генетическую информацию. С матрицы вирусной ДНК и РНК синтезируется и РНК, которая служит основой для образования вирусных белков рибосомами инфицированной клетки. Молекула ДНК вируса может встраиваться в хромосомы клетки хозяина и существовать в таком виде неопределенно долго, являясь как бы дополнительным геном.

Строение вируса

Просто организованные вирусы представляют собой нуклеопротеиды т.е. состоят из нуклеиновой кислоты и нескольких белков, образующих оболочку – капсид. Сложноорганизованные вирусы имеют дополнительную оболочку – белковую (вирусы гриппа и герпеса).

В клетку вирусы могут проникать вместе с пиноцитозным или фагоцитозным пузырьком. Как правило вирус связывается с белками – рецепторами на поверхности клетки, погружается в цитоплазму и может доставляться в любой участок клетки. Рецепторный механизм проникновения вируса в клетку обеспечивает специфичность инфекционного процесса. Вирус гепатита А или В проникает и размножается в клетках печени, вирус гриппа – в клетках эпителия верхних дыхательных путей, вирус СПИД связывается с лейкоцитами крови, отвечающими за иммунную систему.

Инфекционный процесс начинается с проникновения вируса в клетку и его размножения. Накопление вирусных частиц приводит их к выходу из клетки и дальнейшего заражения.

Контрольные вопросы

1. Чем характеризуются ткани живого организма?

2. Что представляет собой жизненный цикл клетки?

3. Что такое митотический цикл? Из каких периодов он состоит?

4. Перечислить и охарактеризовать фазы митоза.

5. В чём биологический смысл митоза?

6. Охарактеризовать неклеточные формы жизни.

7. Строении и роли вируса в жизни человека.