13.Жизненный и митотический (пролиферативный) цикл клетки. Фазы митотического цикла, их характеристика и значение

Клеточный цикл клетки – период ее существования от появления до собственного деления или гибели. Митотический и жизненный цикл совпадают в часто делящихся клетках.

Жизненный цикл клетки

- интерфаза

- собственный цикл деления

Растущая неделящаяся клетка отличается от делящихся клеток. Интерфаза длиннее клеточного деления. Типичный жизненный цикл клетки составляет 20 часов, период деления – 1 час. При оптимальных условиях для однотипных клеток продолжительность клеточного цикла (время, необходимое для выполнения точной программы, заложенной в клетке) одинаково. При описании жизненного цикла выделяют несколько фаз. Впервые они были установлены в 1953 году А.Хоуардом и С.Пемгом.

S - фаза синтеза ДНК

G1 – постмитотическая (пресинтетическая) фаза

G2 - постсинтетическая (премитотическая) фаза

М – митоз

После формирования клетки в G1 происходит увеличение объема ядра и цитоплазмы. Синтез белков, синтез РНК, синтез АТФ(30-40% клеточного цикла) усиливается. После G1 фазы начинается S фаза. Происходит точная репликация ДНК и редупликация хромосом. Синтез ДНК происходит по полуконсервативному механизму: каждая цепь ДНК копируется. Синтез происходит по участкам. Существует система, устраняющая ошибки при редупликации ДНК (фоторепарация, дорепродуктивная и пострепродуктивная репарации). Процесс репарации очень долог: до 20 часов, и сложен. Ферменты – рестриктазы вырезают неподходящий участок ДНК и достраивают его заново. Репарации никогда не протекают со 100% эффективностью, если бы это было, Не существовала бы эволюционная изменчивость. Пострепродуктивная репарация происходит в G2 фазе. В G2 фазе(10-20%) происходит синтез белка. Метаболический смысл не ясен. Некоторые клетки в течение длительного времени не выполняют своих функций, в них не протекают метаболические процессы (клетка заклинена в G1или G2 – это G0 фаза – фаза относительного покоя). Для каждой фазы есть свое время. S, G2 не зависят от изменения внешней среды, время постоянно. У человека S фаза – 6-10 часов, G2 фаза – 2-5 часов, G1 фаза по продолжительности варьируется. Если долгая – клетка покоящаяся. Многие клетки (особенно дифференцированные) не способны к делению. Это позволяет им выполнять свои функции в максимальном количестве с максимальной интенсивностью. Особые регуляторные механизмы удерживают клетки в состоянии покоя. Они выполняют все функции, синтезируют белок. Однако многие дифференцированные клетки способны к делению, митоз делится на 2 фазы: собственно митоз и цитокинез. Биологическая роль митоза: точное, идентичное распределение дочерних хромосом с содержащимся в них наследственным материалом в ядрах.

Продолжительность митоза (клетки крови мышей)

43-90 Минут

25-30 6-15 8-14 9-26 Профаза метафаза анафаза телофаза

Метафазные хромосомы укомплектованы (как у бактериофага). Они изучаются при медицинском анализе для определения кариотипа. В результате деления возникают 2 клетки с одинаковым набором наследственной информации(2п2с). Продолжительность жизни клетки зависит от гормонального баланса, возраста, условий среды, размера, плоидности, количества ядер, степени дифференциации (чем больше дифференцирована клетка, тем меньше она делится митозом), мало зависит от пола. Митотическая активность в разных клетках приходится на разное время (часто на утренние часы), поэтому плановые хирургические операции проводят утром. Другие способы деления: амитоз, эндомитоз (хромосомы удваиваются, клетки не удваиваются).

Организм животных растет до определенного размера (в пределах нормы реакции). Это связано с тем, что рост происходит за счет увеличения размера клеток. А также их числа. Рост клеток замедляется, и рост организма прекращается. В организме есть центры активной гибели и активного клеточного замещения.

Центры активной гибели и активного замещения клеток.

-покровные клетки (ткани)

-кровеносная система

-репродуктивная система

-пищеварительная система.

Ежегодно человек теряет 1-2% клеток из-за их гибели. Каждые 7 лет происходит замена всех клеток. Ежедневно несколько миллиардов клеток образуются в организме человека. Эпителий тонкого кишечника человека обновляется через 7-8 дней. Организм человека в целом состоит из 60 биллионов клеток.2 млрд. эритроцитов ежедневно замещаются.

При метаморфозе у некоторых организмов происходит удаление одного фенотипа и замена его другим фенотипом. Это определенная программа приобретения и утраты клеток. Она дифференцирована во времени. Размеры у амфибий не меняются, но у головастика растут конечности, исчезает хвост, ткани дыхательной, выделительной, пищеварительной систем замещаются. Затрагиваются все структуры, заменяются новыми. Жабернодышащий, с хвостом, выделяющий аммиак, травоядный головастик становится лягушкой с воздуходышащей системой, без хвоста и с 4мя конечностями, выделяет мочевину и питается насекомыми. Процесс управляется тироксином. В процессе эмбриогенеза многие органы образуются путем впячивания, развитие и смерть клеток имеют место в едином процессе (образование глаз, пальцевых лучей, отделение губ от десен). Такое развитие нормально, гибель клеток также нормальна. В случае нарушения процесса деления клеток и их гибели, один из процессов начинает преобладать. В каждой клетке есть кейлоны и антикейлоны (гликопротеины, гормоны данного вида). Они могут определять положение клетки в G0 (антикейлон стимулирует деление). У взрослого организма кейлоны и антикейлоны в одинаковом количестве.

Фаза митоза

Содержание изменений

Профаза Метафаза Анафаза Телофаза

Хромосомы спирализуются и приобретают вид нитей. Ядрышко разрушается. Распадается ядерная оболочка. В цитоплазме уменьшается количество структур шероховатой сети. Резко сокращается число полисом. Центриоли клеточного центра расходятся к полюсам клетки, между ними микротрубочки образуют веретено деления Заканчивается образование веретена деления. Хромосомы выстраиваются в экваториальной плоскости клетки (метафазная пластинка). Микротрубочки веретена деления связаны с кинетохорами хромосом. Каждая хромосома продольно расщепляется на две хроматиды (дочерние хромосомы), соединенные в области кинетохора Связь между хроматидами нарушается, и они в качестве самостоятельных хромосом перемещаются к полюсам клетки со скоростью 0,2—5 мкм/мин. По завершении движения на полюсах собирается два равноценных полных набора хромосом Реконструируются интерфазные ядра дочерних клеток. Хромосомы де-спирализуются. Образуются ядрышки. Разрушается веретено деления. Материнская клетка делится на две дочерние

14.Наследственность и изменчивость – свойства, определяющие непрерывность существования и развития жизни. Уровни структурно-функциональной организации наследственного материала: генный, хромосомный и геномный.

Жизнь как особое явление характеризуется продолжительностью существования во времени (на Земле она возникла более 3,5 млрд. лет назад), что обеспечивается преемственностью поколений живых систем. Происходит смена поколений клеток в организме, смена поколений организмов в популяциях, смена видов в системе биоценоза, смена биоценозов, образующих биосферу. В основе непрерывного существования жизни во времени лежит способность живых систем к самовоспроизведению. Сохранение жизни в меняющихся условиях оказывается возможным благодаря эволюции живых форм, в процессе которой у них появляются изменения, обеспечивающие приспособление к новой среде обитания. Непрерывность существования и историческое развитие живой природы обусловлены двумя фундаментальными свойствами жизни: наследственностью и изменчивостью.

В учебных курсах свойства наследственности и изменчивости традиционно рассматривают относительно клетки и организма. На самом деле они проявляются и на надорганизменных уровнях. На клеточном и организменном (онтогенетическом) уровнях организации живого под наследственностью понимают свойство клеток или организмов в процессе самовоспроизведения передавать новому поколению способность к определенному типу обмена веществ и индивидуального развития, в ходе которого у них формируются общие признаки и свойства данного типа клеток и вида организмов, а также некоторые индивидуальные особенности родителей. На популяционно-видовом уровне организации жизни наследственность проявляется в поддержании постоянного соотношения различных генетических форм в ряду поколений организмов данной популяции (вида). На биоценотическом уровне продолжительное существование биоценоза обеспечивается сохранением определенных соотношений видов организмов, образующих этот биоценоз.

В ходе возникновения и развития жизни на Земле наследственность играла решающую роль, так как закрепляла в ряду поколений биологически полезные эволюционные приобретения, обеспечивая определенный консерватизм организации живых систем. Наследственность является одним из главных факторов эволюции.

Продолжительное существование живой природы во времени на фоне меняющихся условий было бы невозможным, если бы живые системы не обладали способностью к приобретению и сохранению некоторых изменений, полезных в новых условиях среды. Свойство живых систем приобретать изменения и существовать в различных вариантах называется изменчивостью.

У отдельных клеток и организмов одного вида изменчивость, затрагивая их индивидуальное развитие, проявляется в возникновении отличий между ними. На популяционно-видовом уровне организации жизни это свойство проявляется в наличии генетических различий между отдельными популяциями вида, что лежит в основе образования новых видов. Появление новых видов вносит изменения в межвидовые взаимоотношения в биоценозах. Изменчивость в определенном смысле отражает динамичность организации живых систем и наряду с наследственностью является ведущим фактором эволюции.