A sejtek életciklusa. Egy sejt életciklusa. Az indirekt sejtosztódás biológiai jelentősége

A sejt életciklusa- ez a sejt létezésének időszaka az anyasejt osztódása általi kialakulásától a saját osztódásáig vagy haláláig.

Jellemzőjük a sejtciklus, amely periodikusan ismétlődő szakaszokból áll: az úgynevezett interfázis - az osztódásra való felkészülés szakasza és maga az osztódási folyamat - mitózis.

A sejtciklus fontos összetevője az mitotikus (proliferatív) ciklus- egymással összefüggő és összehangolt események komplexuma, amelyek a sejt osztódásra való felkészítése során és magának az osztódásnak a során fordulnak elő. Ezenkívül az életciklus magában foglalja cella végrehajtási időszaka többsejtű szervezet konkrét funkciókat valamint nyugalmi időszakok. Pihenési időszakokban a sejt közvetlen sorsa nem határozható meg: megkezdheti a mitózisra való felkészülést, vagy megkezdheti a specializálódást egy bizonyos funkcionális irányba (2.10. ábra).

A mitotikus ciklus időtartama a legtöbb sejt esetében 10-50 óra, a ciklus időtartamát az összes periódus időtartamának változtatásával szabályozzák. Emlősökben a mitózis ideje 1-1,5 óra, az interfázis 02-es periódusa 2-5 óra, az interfázis S-periódusa 6-10 óra.

Az osztódás előkészítésének szakaszában a genetikai anyag megduplázódik ( DNS reduplikáció ). A sejt tömege az interfázis alatt addig növekszik, amíg el nem éri a kezdeti tömeg körülbelül kétszeresét. Megjegyzendő, hogy maga az osztódási folyamat sokkal rövidebb, mint a felkészülés szakasza: a mitózis a sejtciklus körülbelül 1/10-ét foglalja el.

Az interfázis és a mitózis stádiumainak ciklikussága (periodikus ismétlődése) a példával szemléltethető fibroblasztok a kötőszöveti sejtek egyik fajtája. Így a normál emberi embrionális fibroblasztok körülbelül 50-szeresére szaporodnak. Hogy mi a lehetséges sejtosztódások genetikailag programozott határa, az a biológia egyik megfejtetlen rejtélye.

Az epidermisz bazális rétegének sejtjeinek életciklusa normál körülmények között 28-60 nap. Amikor a bőr károsodik (pontosabban, amikor a membránok károsodnak, és a hámsejtek elpusztulnak külső tényezők hatására), speciális biológiailag aktív anyagok . Jelentősen felgyorsítják az osztódási folyamatokat (ezt a jelenséget ún regeneráció ), ezért gyógyulnak olyan gyorsan a sebek és horzsolások. A szaruhártya hámja rendelkezik a maximális regenerációs képességgel: ugyanakkor 5-6 ezer sejt van mitózis stádiumban, ezek élettartama egyenként 4-8 hét.

Bár minden sejt egy előzmény (anya) sejt osztódásából származik („Minden sejt egy sejtből származik”), nem mindegyik osztódik tovább. Azok a sejtek, amelyek a differenciálódás során elértek egy bizonyos fejlődési szakaszt, elveszíthetik osztódási képességüket.

Különbségtétel - a kezdetben azonos sejtek fejlődési különbségeinek megjelenése, amelyek specializálódásukhoz vezetnek. A differenciálódás folyamata az öröklődő információk szekvenciális leolvasásából és felhasználásából áll, amely biztosítja az adott sejttípusra jellemző különféle fehérjék (elsősorban enzimek) szintézisét. Más szóval, a sejtek közötti különbségeket egy bizonyos típusú sejtekben szintetizált fehérjék halmaza határozza meg.

A differenciálódás során a sejt kromoszómakészlete nem változik, csupán a különböző fehérjéket kódoló aktív és inaktív gének aránya változik.

A sejt életciklusa a sejt létezésének teljes időtartama (osztódástól osztódásig vagy osztódástól halálig). A sejtciklus egy mitotikus periódusból (M) és interfázis(intermitotikus időszak). (2-12. ábra). Az interfázis pedig abból áll preszintetikus(G1) szintetikus(S) és posztszintetikus(G2) időszakokban. NÁL NÉL preszintetikus (posztmitotikus, G1) Ebben az időszakban a leánysejt eléri a szülősejt méretét és szerkezetét, amihez az RNS, valamint a citoplazma és a sejtmag fehérjéinek bioszintézisén megy keresztül. Ezen kívül szintetizálja a következő időszakban a DNS-szintézishez szükséges RNS-t és fehérjéket. NÁL NÉL szintetikus (S) időszak a DNS megkettőződése (reduplikációja) következik be, és ennek megfelelően a kromoszómák száma megduplázódik (számuk tetraploid, 4n lesz). NÁL NÉL posztszintetikus (premitotikus, G2) időszak a sejt mitózisra készül, a hasadási orsó RNS- és fehérjéinek (tubulinjainak) szintézisén, a mitózishoz szükséges energia felhalmozódásán megy keresztül. A fenti életciklus a folyamatosan osztódó sejtpopulációra jellemző.

Rizs. 2-12. A sejtciklus diagramja. (E. G. Ulumbekov szerint).

Ezenkívül vannak a szervezetben olyan sejtek, amelyek átmenetileg vagy tartósan kívül vannak a mitotikus cikluson (a G0 periódusban). Ezt az időszakot a reproduktív nyugalom állapotaként jellemzik. Az ilyen sejtek három csoportra oszthatók: 1) olyan sejtek, amelyek az osztódás után hosszú ideig nem változtatják meg morfológiai tulajdonságaikat, és megőrzik osztódási képességüket; ezek őssejtek, kambiális sejtek (a hámban, vörös csontvelő); 2) olyan sejtek, amelyek osztódás után növekednek, differenciálódnak, meghatározott funkciókat látnak el a szervekben, de szükség esetén (e szerv károsodása esetén) helyreállítják szaporodási képességüket (májsejtek); 3) erősen specializált sejtek, amelyek növekednek, differenciálódnak, ellátják sajátos funkcióikat, és ebben az állapotban a halálig léteznek, soha nem osztódnak és folyamatosan a G0 periódusban vannak (a szív és az agy erősen specializált sejtjei). E sejtek élettartama megközelíti az egész szervezet élettartamát.

A felkelés után az osztódás eredményeként a fiatal sejtek növekednek és differenciálódnak. sejtnövekedés citoplazmája és magja méretének növekedését, az organellumok számának növekedését jelenti. Különbségtétel magában foglalja a sejt morfofunkcionális specializálódását, azaz bizonyos organellumok számának növekedését Általános rendeltetésű, vagy a sejt speciális funkcióinak ellátásához szükséges speciális célú organellumok megjelenése.

A sejt néhány naptól sok évig tölti be meghatározott funkcióját a szervezetben, majd fokozatosan öregszik és haldoklik.

Sejt öregedés hosszan tartó, intenzív munka eredményeként a sejtszerkezetek elhasználódásával jár, elsősorban a genom állapotában bekövetkezett változások, és ennek következtében a DNS-replikáció intenzitásának csökkenése miatt, ami a fehérje bioszintézis gátlása. Ebben az esetben a sejtpopuláció fokozatosan csökkenhet ( idegsejtek, szívizomsejtek), vagy részben (máj, vese, mirigy sejtjei) vagy teljesen (beépülő epitélium) frissíteni kell. Ugyanakkor a megújulási folyamat nagyon gyorsan lezajlik: a bőr epidermiszének teljes megújulása 3-4 hét alatt, a gyomor és a belek hámrétege pedig 3-5 napon belül megtörténik. Ezek időtartama a populációk megújítása megegyezik egy szervezet élettartamával.

Az öregedés előrehaladtával a sejt térfogata nő, a sejtek közötti érintkezés megzavarodik, membránjainak fluiditása, a szállítási és anyagcsere-folyamatok intenzitása csökken. A citolemma receptorainak károsodása következtében a sejt ingerlékenysége és reaktivitása csökken, a citoszkeleton dezorganizálódik. A sejtmag egyenetlenné válik, a perinukleáris tér kitágul, és megnő a heterokromatin aránya. A mitokondriumok kitisztulnak, csökken bennük a cristae száma, megfigyelhető az endoplazmatikus retikulum ciszternáinak kitágulása, a riboszómák számának csökkenése, a Golgi komplex csökkenése. Növekszik minden típusú lizoszóma száma, beleértve a maradványtesteket is, amelyekben nehezen emészthető anyagok halmozódnak fel (például a lipofuscin öregedő pigment), csökken a lizoszóma membránok stabilitása, és nő az autofágia. Ennek eredményeként a sejt fokozatosan elpusztul, maradványait pedig a makrofágok fagocitizálják.

Sejthalál. A sejthalálnak két formája van: elhalásés apoptózis.

Elhalás Főleg különféle külső tényezők (kémiai vagy fizikai) okozzák, amelyek megzavarják a membrán permeabilitását és a sejtenergiát. Ennek eredményeként a sejt ionösszetétele megzavarodik, a membránszervecskék megduzzadnak, az ATP, a nukleinsavak, a fehérjék szintézise leáll, DNS-lebomlás következik be, a lizoszómális enzimek aktiválódnak, ami végső soron a sejt oldódásához, „önemésztéséhez” vezet. sejt - lízis. Ez a folyamat dominál a sejtöregedés során (2-13A. ábra).

apoptózis a sejt önpusztításáért felelős gének aktiválódásával kezdődik a sejtmagban ( programozott sejthalál gének). Az ilyen önpusztító program akkor kapcsolható be, amikor a jelmolekulák hatnak a sejtre, vagy fordítva, amikor a szabályozó jel megszűnik. Az embriogenezisben elterjedt az apoptózis, melynek során sokkal több sejt képződik a szervezetben, mint amennyi egy felnőtt szervezethez szükséges. A programozott sejthalálra egy felnőtt szervezetben példa az emlőmirigy sorvadása a laktáció végén, a sárgatestsejtek halála a végén menstruációs ciklus. Az apoptózis folyamata jelentősen eltér a nekrózistól. Az apoptózis kezdetén az RNS és a fehérjeszintézis nem csökken, a sejt citoplazmájában megnő a kalciumion-tartalom, aktiválódnak az endonukleázok, amelyek hatására a DNS nukleoszóma fragmentumokra hasad. Ebben az esetben a kromatin kondenzálódik, és durva klasztereket képez a mag perifériáján. Ezután a magok elkezdenek feldarabolódni, "mikronukleuszokra" bomlani, amelyek mindegyikét nukleáris burok borítja. Ezzel egyidejűleg a citoplazma is töredezni kezd, és nagy fragmentumok alakulnak ki, amelyek gyakran „mikromagokat” tartalmaznak. » – apoptotikus testek(2-13B ábra). Ebben az esetben a sejt mintegy darabokra omlik, és az apoptotikus testeket a fagociták felszívják, vagy nekrotikussá válnak, és fokozatosan feloldódnak.

1. kérdés.
sejt életciklusa a benne végbemenő események összességét nevezzük bekövetkezésének pillanatától a halálig vagy az azt követő felosztásig.
Az egymást követő és egymással összefüggő folyamatok összességét a sejtosztódásra való felkészülés időszakában, valamint magában a mitózisban is mitotikus ciklusnak nevezzük, amely az életciklus része (2. ábra).
életciklus A sejtélet magában foglalja a sejt létezésének teljes időszakát, így magában foglalja a mitotikus ciklust, a differenciálódást, az általa végzett bizonyos funkciók ellátását, az öregedést és a sejthalált.
Az életciklus megfelelhet a mitotikus ciklusnak – ez jellemző a nem specializált őssejtekre. Az ős- vagy kambiális sejtek (hámsejtek, vérképzőszervek sejtjei) minden más sejtet, pl. folyamatosan osztódnak, így mitotikus ciklusuk megegyezik az életciklussal.
A legtöbb sejt osztódás után (ritkán előtte) elhagyja a mitotikus ciklust, specializálódik és meghatározott funkciókat lát el, néha rövid ideig, mint a bőr hámsejtjei vagy leukocitái, egyes esetekben pedig a szervezet élete során, mint az agyi neuronok.
Az életciklusban kétféle sejthalál különböztethető meg: nekrózis és apoptózis.
A nekrózis (görögül necros – elhalt) egy sejt halála súlyos károsodás következtében. Ezek lehetnek: sérülések, sugárzás, mérgező anyagok hatása, hipoxia, anyagcserezavarok, sejtöregedés. Ezen tényezők hatására a sejtek pusztulása kaotikusan megy végbe, a bomlástermékek irritáló hatással vannak a környező szövetekre, pl. kóros folyamat van.
Az apoptózis (görögül Apoptosis - leesés) genetikailag programozott sejthalál, amelyet belső, ill. külső okok. NÁL NÉL különféle típusok sejteket, az ilyen programozott sejthalál specifikus. Az embrionális fejlődés szakaszaiban, a szervek és szövetek részeinek kialakulása során (azaz az alakítás során) programozott sejthalál következik be. NÁL NÉL immunrendszer pl. az interleukinok indukálják vagy gátolják az immunociták apoptózisát. A daganatsejtek csökkentett képességgel rendelkeznek az apoptózis mechanizmusának kiváltására. Egyes vírusok (herpesz, influenza, adenovírusok) éppen ellenkezőleg, apoptózist indukálnak és irányítják a gazdasejtek pusztulását. Az elhalt sejtek anyagát a makrofágok dolgozzák fel, és más sejtek is felhasználhatják. Gyulladásos folyamatok Az apoptózison átesett sejtek körül nem keletkezik, és a szövet élettevékenysége nem zavar.

Rizs. 2. Többsejtű szervezet sejtjének életciklusa:
A - mitotikus ciklus; B - átmenet egy differenciált állapotba;
B - halál

2. kérdés.
Mitotikus ciklus- a sejtben az osztódásra való felkészülés során - interfázisban és mitózis során - végbemenő folyamatok összessége. A mitotikus ciklusban periódusokat különböztetnek meg: interfázis és mitózis.
Interfázis- ez a két sejtosztódás közötti időszak átlagosan 23 óráig tart, és három időszakot foglal magában.
Mitózis(gr. mitos- szál) - közvetett sejtosztódás; négy fázisból áll - profázisból, anafázisból, metafázisból és telofázisból. Ennek eredményeként a kromoszómaanyag leánysejtjei között pontos és egyenletes eloszlás tapasztalható. Mindkét leánysejt pontosan ugyanaz.

3. kérdés
A DNS-molekula régi templátjának két szála eltér egymástól, és mindegyik az új DNS-szálak szaporodásának sablonjává válik. A két leánymolekula mindegyike szükségszerűen tartalmaz egy régi és egy új polinukleotid láncot.
A DNS-szintézis folyamatában enzimek egész csoportja vesz részt, amelyek közül a legfontosabb a DNS-polimeráz. A DNS-molekulák megkettőződése elképesztő pontossággal megy végbe, amit a molekula kétszálú szerkezete is elősegít: az új molekula teljesen azonos a régivel. Ennek mély biológiai jelentése van, mert ezek az azonos (azonos) molekulák azok, amelyek aztán a mitózis folyamatában szétoszlanak a leánysejtekben.

4. kérdés.
A mitotikus ciklusban periódusokat különböztetnek meg: interfázis és mitózis.
Az interfázis a két sejtosztódás közötti időszak, és három időszakot foglal magában:
G1- posztmitotikus vagy preszintetikus, közvetlenül az osztódás után következik be - 10 órától több napig tart.
Ennek az időszaknak a jellemzői:
1. a DNS-sel rendelkező sejtmagban a transzkripció eredményeként minden típusú RNS szintetizálódik.
2. Az rRNS szintetizálódik a sejtmagban, és a riboszóma alegységei összeállnak a fehérjékkel.
3. nukleáris és citoplazmatikus fehérjék szintetizálódnak a citoplazmában.
4. az organellumok száma felépül és megduplázódik.
5. sejtnövekedést végeznek.
6. a sejtek differenciálódnak és specializálódnak.
A kromoszómák halmaza ebben az időszakban - 2n2s.
S- Szintetikus időszak, 6-12 óráig tart.
Ennek az időszaknak a jellemzői:
1. Ennek az időszaknak a fő folyamata a DNS-replikáció, amely a DNS-polimeráz enzim hatására megy végbe, a szabad nukleotidok mindegyik láncán komplementer lánc fejeződik be, pl. a második kromatid épül (a komplementaritás és a félig konzerváció elve szerint).
2. fehérjék szintetizálódnak - a kromatidák felépítéséhez szükséges hisztonok, amelyek a nukleáris pórusokon keresztül jutnak be a sejtmagba.

G 2 - posztszintetikus vagy premitotikus, 3-6 óráig tart.
Ennek az időszaknak a jellemzői:
1. Folytatódik minden típusú fehérje (nukleáris és citoplazmatikus) szintézise.
2. felhalmozódik nagyszámú ATP.
3. a cella eredeti térfogata visszaáll.
4. a mag térfogata megnő.
A kromoszómák készlete ebben az időszakban - 2n4s.
A különböző sejtek eltérő sejtciklushosszúak, például:
Leukociták 3-5 napig;
Bőrhám 20-25 nap;
Csontvelősejtek 8-12 óra.
A specializálódott vagy differenciált sejtek (neutrofilek, bazofilek, eozinofilek, ideg-, izomsejtek) a kialakulás (mitózis) után a G-periódusba lépnek, citoplazmájukban olyan anyagok szintetizálódnak, amelyek gátolják a sejtek DNS-replikációs képességét, pl. az S periódusba való átállás képessége elvész, és a teljes életciklus alatt ebben az időszakban vannak.
Az állatok és növények növekvő szöveteiben vannak olyan sejtek, amelyek nem esnek át rendszeresen interfázison és mitózison, hanem nyugalmi időszakban vannak, pl. a G0 időszakban abbahagyják a szaporodást. Egyes szövetekben, sejtekben hosszú idő, G 0 - fázisban van anélkül, hogy megváltoztatná morfológiai tulajdonságait, azaz. megőrzik osztódási képességüket, ezek leggyakrabban differenciált sejtek. Így például a legtöbb májsejt a G 2 - periódusban van, nem vesznek részt a DNS szintézisben és nem osztódnak. Ha azonban a máj egy részét eltávolítják, akkor sok sejt megkezdi a mitózisra való felkészülést (G 1 - periódus), elindul a DNS-szintézis és képes lesz mitotikusan osztódni.

5. kérdés.
Mitózis (kariokinézis)- Ez egy közvetett sejtosztódás, amelyben fázisok különböztethetők meg: profázis, metafázis, anafázis és telofázis.
1. A Prophase jellemzői:
1) a kromonemák spiralizálódnak, megvastagodnak és lerövidülnek.
2) a magvak eltűnnek, azaz. A chromonema nucleolus olyan kromoszómákba csomagolódik, amelyek másodlagos szűkülettel rendelkeznek, amelyet nukleoláris szervezőnek neveznek.
3) a citoplazmában két sejtcentrum (centriolus) képződik, és orsórostok keletkeznek.
4) a profázis végén a magmembrán felbomlik, és a kromoszómák a citoplazmában vannak. A profázis kromoszómák halmaza - 2n4s.
2. A metafázis jellemzői:
1) az orsószálak a kromoszómák centromerjeihez kapcsolódnak, és a kromoszómák elkezdenek mozogni és felsorakoznak a sejt egyenlítőjénél.
2) a metafázist „sejtútlevélnek” nevezik, mert Jól látható, hogy a kromoszóma két kromatidából áll. A kromoszómák maximálisan spiralizálódnak, a kromatidák elkezdik taszítani egymást, de a centromer régióban továbbra is összekapcsolódnak. Ebben a szakaszban a sejt kariotípusát vizsgálják, mert jól látható a kromoszómák száma és alakja. A fázis nagyon rövid.
A metafázisú kromoszómák halmaza - 2n4s.
3. Az anafázis jellemzői:
1) a kromoszómák centromerei osztódnak, és a testvérkromatidák a sejt pólusaihoz térnek el, és független kromatidákká válnak, amelyeket leánykromoszómáknak nevezünk. A sejt minden pólusán egy-egy diploid kromoszómakészlet található.
Az anafázis kromoszómakészlet 4n4s.
4. A telofázist a következők jellemzik:
A sejt pólusain az egykromatid kromoszómák despiralizálódnak, nukleolusok képződnek, és helyreáll a magburok.
A telofázis kromoszómák halmaza - 2n2s.
A telofázis citokinézissel ér véget. A citokinézis a citoplazma két leánysejt közötti osztódási folyamata. A citokinézis eltérő módon fordul elő növényekben és állatokban.
NÁL NÉL állatketrec. A sejt egyenlítőjénél gyűrű alakú szűkület jelenik meg, amely elmélyíti és teljesen befűzi a sejttestet. Ennek eredményeként két új sejt keletkezik, feleakkora, mint az anyasejt. Sok aktin van a szűkületi területen; a mikrofilamentumok szerepet játszanak a mozgásban.
A citokinézis összehúzódással megy végbe.
növényi sejtben. Az egyenlítőn, a sejt közepén a Golgi-komplex diktioszómáinak hólyagjainak felhalmozódása következtében sejtlemez képződik, amely a centrumtól a perifériáig növekszik és az anyasejt osztódásához vezet. két sejtbe. A jövőben a septum megvastagszik a cellulóz lerakódása miatt, sejtfalat képezve.
A citokinézis a septumban megy végbe.
A mitózis eredményeként két leánysejt jön létre, amelyek kromoszómakészlete megegyezik az anyasejttel.

A mitózis diagramja.

Mitózis jelentése:
1. Genetikai stabilitás, mint a kromatidák a replikáció eredményeként keletkeznek, azaz. örökletes információik megegyeznek az anyával.
2. Az élőlények növekedése, mert a mitózis hatására megnő a sejtek száma.
3. Ivartalan szaporodás – sok növény- és állatfaj mitotikus osztódással szaporodik.
4. A sejtek regenerációja és pótlása mitózisoknak köszönhető.
Mitózis zavar.
Külső tényezők, például mindenféle ionizáló sugárzás, vegyszerek, egyes mérgek hatására a mitózis megfelelő lefolyása megszakadhat:
1. A kromoszóma eltolódhat a sejt egyik pólusára, azaz. az egyik leánysejt extra kromatidot kap, a másik pedig nem.
2. Ha egy centromerrégió nélküli kromoszóma a sejt középső részének közelében köt ki, akkor valószínű, hogy egyik pólusra sem mozdul el, pl. elveszhet.
3. Vannak olyan vegyszerek, amelyek megelőzik az orsórostok kialakulását, de nem befolyásolják a kromoszómák centromer régiók szétválasztásának és interfázisos állapotba jutásának képességét. Ezeket az anyagokat citosztatikumoknak, azaz citosztatikumoknak nevezzük. állítsa le a sejtosztódást. Például citosztatikumok, például kolchicin és vinblasztin. Osztódási orsó nélkül a kromoszómák nem tudnak szétszóródni a pólusok felé, ezért egy mag kettős kromoszómakészlettel képződik, pl. poliploid. A poliploid sejtek előállításának ezt a módszerét a növénynemesítésben használják. Az ilyen növények nagyobbak és magas termelékenységgel rendelkeznek.

Schleiden-Schwann sejtelméleti rendelkezései

1. Minden állat és növény sejtekből áll.

2. A növények és állatok új sejtek megjelenésével nőnek és fejlődnek.

3. A sejt az élőlény legkisebb egysége, az egész szervezet pedig sejtek halmaza.

]A modern sejtelmélet főbb rendelkezései

1. A sejt az élet elemi egysége, a sejten kívül nincs élet.

2. A sejt egyetlen rendszer, sok, egymással természetesen összekapcsolódó elemet tartalmaz, holisztikus képződményt képvisel, amely konjugált funkcionális egységekből - organoidokból áll.

3. Minden szervezet sejtje homológ.

4. A sejt csak az anyasejt osztódásával, genetikai anyagának megkétszerezése után jön létre.

5. A többsejtű szervezet sok sejt összetett rendszere, amelyek egyesülnek és integrálódnak egymáshoz kapcsolódó szövetek és szervek rendszereibe.

6. A többsejtű élőlények sejtjei totipotensek.

A többsejtű szervezet sejtjei funkciójukban rendkívül változatosak. A sejtek élettartama szakterületüktől függően eltérő. Így az embriogenezis befejeződése után az idegsejtek abbahagyják az osztódást, és a szervezet egész életében működnek. Más szövetek sejtjei (csontvelő, epidermisz, hám vékonybél) funkciójuk ellátása során gyorsan elpusztulnak, és a sejtosztódás következtében újak váltják fel őket. A sejtosztódás az organizmusok fejlődésének, növekedésének és szaporodásának az alapja. A sejtosztódás a szövetek önmegújulását is biztosítja a szervezet egész élete során, és épségük helyreállítását a károsodás után. A szomatikus sejtek osztódásának két módja van: amitózisés mitózis. A közvetett sejtosztódás (mitózis) túlnyomórészt gyakori. A mitózissal történő szaporodást ivartalan szaporodásnak, vegetatív szaporodásnak vagy klónozásnak nevezik.

^ Sejt életciklusa (sejtciklus) egy sejt létezése az osztódástól a következő osztódásig vagy halálig. A szaporodó sejtekben a sejtciklus időtartama 10-50 óra, és a sejtek típusától, életkorától, hormonális egyensúly szervezet, hőmérséklet és egyéb tényezők. A sejtciklus részletei a különböző organizmusok között változnak. Az egysejtű szervezetekben az életciklus egybeesik az egyed életével. A folyamatosan szaporodó szöveti sejtekben a sejtciklus egybeesik a mitotikus ciklussal.

^ Mitotikus ciklus - szekvenciális és egymással összefüggő folyamatok összessége a sejtosztódásra való felkészülés és az osztódás időszakában (1. ábra). A fenti definíciónak megfelelően a mitotikus ciklus fel van osztva interfázisés mitózis (görög "mitos" - fonal).

Interfázis- két sejtosztódás közötti időszak - G 1 , S és G 2 fázisokra oszlik (időtartamuk az alábbiakban látható, jellemző a növényi és állati sejtekre.). Időtartamát tekintve az interfázis teszi ki a sejt mitotikus ciklusának legnagyobb részét. A legváltozóbb időben a G 1 és G 2 periódusok.

G 1 (angolul növekedni - növekedni, növekedni). A fázis időtartama 4-8 óra, amely közvetlenül a sejtképződés után kezdődik. Ebben a fázisban az RNS és a fehérjék intenzíven szintetizálódnak a sejtben, és megnő a DNS-szintézisben részt vevő enzimek aktivitása. Ha a sejt nem osztódik tovább, akkor a G 0 fázisba kerül - a pihenőidőbe. Tekintettel a nyugalmi időszakra, a sejtciklus hetekig vagy akár hónapokig is eltarthat (májsejtek).

S (az angol szintézisből - szintézis). A fázis időtartama 6-9 óra, a sejt tömege tovább növekszik, a kromoszómális DNS megkettőződése következik be. A régi DNS-molekula két hélixe elválik, és mindegyik az új DNS-szálak szintézisének sablonjává válik. Ennek eredményeként a két leánymolekula mindegyike szükségszerűen tartalmaz egy régi és egy új hélixet. A kromoszómák azonban szerkezetükben egységesek maradnak, bár tömegük megkétszereződött, mivel az egyes kromoszómák két másolata (kromatidák) továbbra is teljes hosszukban össze van kötve egymással. A fázis befejezése után S mitotikus ciklus, a sejt nem kezd el azonnal osztódni.

G2. Ebben a fázisban a sejtben befejeződik a mitózisra való felkészülés folyamata: az ATP felhalmozódik, az akromatin orsó fehérjéi szintetizálódnak, a centriolok megduplázódnak. A sejt tömege tovább növekszik, amíg el nem éri a kezdeti tömeg körülbelül kétszeresét, majd mitózis következik be.

^ ábra. Mitotikus ciklus: M- mitózis, P - profázis, MF - metafázis, DE - anafázis, T- telofázis, G1 - preszintetikus periódus, S - szintetikus periódus, G 2 - posztszintetikus

^ 2. Mitózis. A mitózis szakaszai, időtartamuk és jellemzőik. A mitózist hagyományosan négy fázisra osztják: profázis, metafázis, anafázis és telofázis.

Prophase. A két centriol a mag ellentétes pólusai felé kezd eltávolodni. A nukleáris membrán megsemmisül; ugyanakkor speciális fehérjék egyesülnek mikrotubulusokká szálak formájában. A ma már a sejt ellentétes pólusain elhelyezkedő centriolák szervező hatást fejtenek ki a mikrotubulusokra, amelyek ennek eredményeként sugárirányban sorakoznak fel, és hasonló szerkezetet alkotnak. megjelenésőszirózsa virág ("csillag"). A mikrotubulusok más szálai az egyik centrioltól a másikig terjednek, és hasadási orsót alkotnak. Ekkor a kromoszómák spiralizálódnak, és ennek következtében megvastagodnak. Fénymikroszkóp alatt jól láthatóak, különösen festés után. A genetikai információ leolvasása a DNS-molekulákból lehetetlenné válik: az RNS-szintézis leáll, a sejtmag eltűnik. Profázisban a kromoszómák felhasadnak, de a kromatidák továbbra is páronként kötődnek a centromer zónában. A centriomerek szervező hatással vannak az orsószálakra is, amelyek immár centrióltól centromerig, majd onnan egy másik centriolig nyúlnak.

Metafázis. A metafázisban a kromoszómák spiralizációja eléri a maximumot, és a lerövidült kromoszómák a sejt egyenlítőjéhez rohannak, egyenlő távolságra helyezkednek el a pólusoktól. Alakított egyenlítői, vagy metafázisú lemez. A mitózis ezen szakaszában jól látható a kromoszómák szerkezete, könnyű megszámolni és tanulmányozni őket. egyéni jellemzők. Minden kromoszómának van egy elsődleges szűkületi régiója - a centromer, amelyhez az orsó menete és a karok kapcsolódnak a mitózis során. A metafázis stádiumában a kromoszóma két kromatidából áll, amelyek csak a centromer régióban kapcsolódnak egymáshoz.

^ ábra. 1. Növényi sejt mitózisa. DE - interfázis;
B, C, D, D- profázis; E, W-metafázis; 3, I - anafázis; K, L, M-telofázis

NÁL NÉL anafázis a citoplazma viszkozitása csökken, a centromerek szétválnak, és ettől a pillanattól kezdve a kromatidák független kromoszómákká válnak. A centromerekhez kapcsolódó orsórostok a kromoszómákat a sejt pólusaihoz húzzák, míg a kromoszómák karjai passzívan követik a centromert. Így az anafázisban a még interfázisban lévő megkettőződött kromoszómák kromatidjai pontosan eltérnek a sejt pólusai felé. Ebben a pillanatban két diploid kromoszómakészlet (4n4c) található a sejtben.

1. táblázat Mitotikus ciklus és mitózis

Fázisok	A sejtben végbemenő folyamat
Interfázis	Szintetikus időszak (G1)	Protein szintézis. Az RNS felcsavarodott DNS-molekulákon szintetizálódik
Szintetikus periódus (S)	A DNS-szintézis a DNS-molekula önmegkettőződése. A második kromatid felépítése, amelybe az újonnan képződött DNS-molekula átjut: kétkromatid kromoszómákat kapunk
Szintetikus időszak (G2)	Fehérjeszintézis, energiatárolás, osztódás előkészítése
^ A mitózis fázisai	Prophase	A kétkromatid kromoszómák spiralizálódnak, a nukleolusok feloldódnak, a centriolok szétválnak, a magmembrán feloldódik, orsórostok képződnek
metafázis	Az orsószálak a kromoszómák centromereihez kapcsolódnak, a kétkromatid kromoszómák a sejt egyenlítőjénél koncentrálódnak
Anafázis	Centromerek osztódnak, az egykromatid kromoszómákat orsószálak feszítik a sejt pólusaihoz
Telofázis	Az egykromatid kromoszómák despiralizálódnak, kialakul a sejtmag, helyreáll a magburok, az egyenlítőn elkezd kialakulni a sejtek közötti válaszfal, a hasadási orsószálak feloldódnak

NÁL NÉL telofázis a kromoszómák feloldódnak, despiralizálódnak. Tól től membrán szerkezetek a citoplazma alkotja a magburkot. Ekkor a nucleolus helyreáll. Ezzel befejeződik a sejtmag osztódása (kariokinézis), majd megtörténik a sejttest osztódása (vagy citokinézis). Amikor az állati sejtek osztódnak, egy barázda jelenik meg a felszínükön az egyenlítői síkban, fokozatosan mélyülve és két részre osztva a sejtet - leánysejtekre, amelyek mindegyikének van magja. A növényekben az osztódás a citoplazmát elválasztó úgynevezett sejtlemez képződésével megy végbe: az orsó egyenlítői régiójában keletkezik, majd minden irányban nő, elérve a sejtfalat (azaz belülről kifelé nő) . A sejtlemez az endoplazmatikus retikulum által szállított anyagból készül. Ezután mindegyik leánysejt sejtmembránt képez az oldalán, és végül cellulózsejtek képződnek a lemez mindkét oldalán. sejtfalak. A mitózis lefolyásának jellemzőit állatokban és növényekben a 2. táblázat mutatja be.
^

2. táblázat. A mitózis jellemzői növényekben és állatokban

Így egy sejtből két leánysejt képződik, amelyekben az örökletes információ pontosan lemásolja az anyasejtben lévő információt. A megtermékenyített petesejt (zigóta) első mitotikus osztódásától kezdve a mitózis eredményeként létrejövő összes leánysejt ugyanazt a kromoszómakészletet és ugyanazokat a géneket tartalmazza. Ezért a mitózis egy sejtosztódási módszer, amely a genetikai anyag pontos eloszlását jelenti a leánysejtek között. A mitózis eredményeként mindkét leánysejt diploid kromoszómakészletet kap.

A mitózis teljes folyamata a legtöbb esetben 1-2 órát vesz igénybe. A mitózis gyakorisága a különböző szövetekben és a különböző típusok különböző. Például az emberi vörös csontvelőben, ahol másodpercenként 10 millió vörösvérsejt képződik, másodpercenként 10 millió mitózisnak kell bekövetkeznie. És be idegszövet a mitózisok rendkívül ritkák: például a központi idegrendszer a sejtek már a születést követő első hónapokban leállítják az osztódást; a vörös csontvelőben pedig a hámrétegben emésztőrendszer a vesetubulusok hámjában pedig életük végéig osztódnak.

A mitózis szabályozása, a mitózis kiváltó mechanizmusának kérdése.

A sejt mitózisát indukáló tényezők nem ismertek pontosan. De úgy gondolják, hogy a sejtmag és a citoplazma térfogatának arányának tényezője (nukleáris-plazma arány) fontos szerepet játszik. Egyes jelentések szerint a haldokló sejtek olyan anyagokat termelnek, amelyek serkenthetik a sejtosztódást. Az M fázisba való átmenetért felelős fehérjefaktorokat kezdetben sejtfúziós kísérletek alapján azonosították. A sejt fúziója a sejtciklus bármely szakaszában az M fázisban lévő sejttel az első sejt magjának az M fázisba való belépéséhez vezet. Ez azt jelenti, hogy az M fázisban lévő sejtben van egy citoplazmatikus faktor, amely képes aktiválni az M fázist. Később ezt a faktort másodszor fedezték fel a citoplazma átvitelét a béka petesejtek között a fejlődés különböző szakaszaiban, és az érést elősegítő faktornak (MPF) nevezték el. Az MPF további vizsgálata kimutatta, hogy ez a fehérjekomplex meghatározza az M fázis összes eseményét. Az ábrán látható, hogy a nukleáris membrán lebontását, a kromoszóma kondenzációját, az orsó összeállítását és a citokinézist az MPF szabályozza.

A mitózis gátolt magas hőmérsékletű, nagy dózisú ionizáló sugárzás, növényi mérgek hatása. Az egyik ilyen méreg a kolhicin. Segítségével megállíthatja a mitózist a metafázis lemez szakaszában, amely lehetővé teszi a kromoszómák számának megszámlálását, és mindegyiknek egyedi jellemzőt ad, azaz kariotipizálást végezhet.

A sejt életciklusa magában foglalja a kialakulásának kezdetét és önálló egységként való létezésének végét. Kezdjük azzal, hogy egy sejt az anyasejtjének osztódása során jelenik meg, és a következő osztódás vagy halálozás miatt fejezi be létezését.

A sejt életciklusa interfázisból és mitózisból áll. Ebben az időszakban a vizsgált időszak egyenértékű a sejtes időszakkal.

A sejt életciklusa: interfázis

Ez a két mitotikus sejtosztódás közötti időszak. A kromoszómák reprodukciója hasonlóan megy végbe, mint a DNS-molekulák reduplikációja (félkonzervatív replikációja). Az interfázisban a sejtmagot egy speciális, kétmembránból álló membrán veszi körül, a kromoszómák pedig nem csavarodtak, és közönséges fénymikroszkóppal láthatatlanok.

A sejtek festésekor és rögzítésekor egy erős színű anyag, a kromatin felhalmozódik. Érdemes megjegyezni, hogy a citoplazma tartalmazza az összes szükséges organellumát. Ez biztosítja a sejt teljes létét.

A sejt életciklusában az interfázishoz három periódus társul. Tekintsük mindegyiket részletesebben.

A sejt életciklusának időszakai (interfázisok)

Az elsőt úgy hívják újraszintetikus. A korábbi mitózis eredménye a sejtek számának növekedése. Itt az újonnan készült RNS (információs) molekulák transzkripciója megy végbe, a megmaradt RNS molekuláit rendszerezzük, fehérjéket szintetizálnak a sejtmagban és a citoplazmában. A citoplazma egyes anyagai az ATP képződésével fokozatosan lebomlanak, molekuláit makroerg kötésekkel ruházzák fel, energiát adnak át oda, ahol az nem elég. Ebben az esetben a sejt megnő, méretében eléri az anyát. Ez az időszak hosszú ideig tart a speciális sejtek számára, amely alatt speciális funkcióikat látják el.

A második időszak ún szintetikus(DNS szintézis). A blokád a teljes ciklus leállásához vezethet. Itt megy végbe a DNS-molekulák replikációja, valamint a kromoszómák kialakításában részt vevő fehérjék szintézise.

A DNS-molekulák elkezdenek kötődni a fehérjemolekulákhoz, aminek következtében a kromoszómák megvastagodnak. Ugyanakkor megfigyelhető a centriolák szaporodása, ennek eredményeként 2 pár jelenik meg belőlük. Az új centriól minden párban 90°-os szöget zár be a régihez képest. Ezt követően a következő mitózis során minden pár eltávolodik a sejtpólusokhoz.

A szintetikus időszakot mind a megnövekedett DNS-szintézis, mind az RNS-molekulák, valamint a sejtekben lévő fehérjék képződésének éles ugrása jellemzi.

Harmadik periódus - posztszintetikus. Jellemzője a sejt előkészítése a későbbi osztódáshoz (mitotikus). Ez az időszak általában mindig rövidebb ideig tart, mint mások. Néha teljesen kiesik.

Generáció időtartama

Más szóval, ennyi ideig tart egy sejt életciklusa. A generációs idő időtartama, valamint az egyes időszakok tartanak különböző jelentések különböző sejtekben. Ez látható az alábbi táblázatból.

Időszak				Generációs idő	Sejtpopuláció típusa
interfázis preszintetikus periódusa	szintetikus interfázis periódus	interfázis posztszintetikus periódusa	mitózis
					bőrhám
					patkóbél
					vékonybél
					3 hetes állat májsejtjei

Tehát a legrövidebb sejtéletciklus a kambiálisban van. Előfordul, hogy a harmadik periódus teljesen kiesik - a posztszintetikus. Például egy 3 hetes patkány májsejtjeiben fél órára csökken, míg a generációs idő időtartama 21,5 óra A szintetikus periódus időtartama a legstabilabb.

Más helyzetekben az első periódusban (preszintetikus) a sejt tulajdonságokat halmoz fel meghatározott funkciók megvalósításához, ennek oka az a tény, hogy szerkezete összetettebbé válik. Ha a specializáció nem ment túl messzire, akkor a sejt teljes életciklusán keresztül mehet át 2 új mitózisban lévő sejt kialakulásával. Ebben a helyzetben az első időszak jelentősen megnőhet. Például egy egér bőrhámjának sejtjeiben a generációs idő, nevezetesen 585,6 óra, az első - preszintetikus - periódusra, a patkánykölyök csonthártyájának sejtjeiben pedig 102 órára esik a 114-ből.

Ennek az időnek a nagy részét G0-periódusnak nevezik - ez egy intenzív specifikus sejtfunkció megvalósítása. Sok májsejt van ebben az időszakban, aminek következtében elvesztették mitózisos képességüket.

Ha a máj egy részét eltávolítják, sejtjeinek nagy része teljes életet él, először a szintetikus, majd a posztszintetikus periódusban, és a mitotikus folyamat végén. Tehát különféle sejtpopulációk esetében egy ilyen G0-periódus reverzibilitása már bizonyított. Más helyzetekben a specializáció mértéke annyira megnő, hogy tipikus körülmények között a sejtek már nem tudnak mitotikusan osztódni. Alkalmanként endoreprodukció lép fel bennük. Egyeseknél többször is megismétlődik, a kromoszómák annyira megvastagodnak, hogy közönséges fénymikroszkóppal is láthatóak.

Így megtanultuk, hogy egy sejt életciklusában az interfázishoz három periódus társul: preszintetikus, szintetikus és posztszintetikus.

sejtosztódás

A szaporodás, a regeneráció, az öröklődő információk átadása, a fejlődés alapja. Maga a sejt csak az osztódások közötti köztes időszakban létezik.

Életciklus (sejtosztódás) - a kérdéses egység fennállásának időszaka (megjelenésének pillanatától kezdődik az anyasejt osztódásán keresztül), beleértve magát az osztódást is. Saját megosztottságával vagy halálával ér véget.

Sejtciklus fázisai

Csak hat van belőlük. A sejt életciklusának következő fázisai ismertek:

Az életciklus időtartama, valamint a benne lévő fázisok száma minden sejtnek megvan a sajátja. Tehát az idegszövetben a sejtek a kezdeti embrionális periódus végén abbahagyják az osztódást, majd csak magának a szervezetnek az élete során működnek, majd elpusztulnak. De az embrió sejtjei a zúzás szakaszában először befejezik az 1 osztódást, majd azonnal, a fennmaradó fázisok megkerülésével folytatják a következőt.

A sejtosztódás módszerei

Csak kettő közül:

1. Mitózis közvetett sejtosztódás.
2. Meiosis- ez jellemző egy olyan fázisra, mint a csírasejtek érése, osztódása.

Most többet megtudunk arról, hogy mi alkotja a sejt életciklusát - mitózist.

Közvetett sejtosztódás

A mitózis a szomatikus sejtek közvetett osztódása. Ez egy folyamatos folyamat, melynek eredménye először a megkettőződés, majd az azonos eloszlás az örökítőanyag leánysejtjei között.

Az indirekt sejtosztódás biológiai jelentősége

Ez a következő:

1. A mitózis eredményeként két sejt keletkezik, amelyek mindegyike ugyanannyi kromoszómát tartalmaz, mint az anya. Kromoszómáik az anya DNS-ének pontos replikációjával jönnek létre, melynek eredményeként a leánysejtek génjei azonos örökletes információkat tartalmaznak. Genetikailag azonosak a szülősejttel. Tehát elmondhatjuk, hogy a mitózis biztosítja az örökletes információ anyától a leánysejtekbe való átvitelének azonosságát.

2. A mitózisok eredménye egy bizonyos számú sejt a megfelelő szervezetben – ez az egyik legfontosabb növekedési mechanizmus.

3. Az állatok és növények nagy része pontosan ivartalanul szaporodik mitotikus sejtosztódással, ezért a mitózis képezi a vegetatív szaporodás alapját.

4. A mitózis biztosítja az elveszett részek teljes regenerálódását, valamint a sejtek pótlását, amely bizonyos mértékig minden többsejtű szervezetben lezajlik.

Így vált ismertté, hogy a szomatikus sejt életciklusa mitózisból és interfázisból áll.

A mitózis mechanizmusa

A citoplazma és a sejtmag osztódása 2 független folyamat, amelyek folyamatosan, egymás után mennek végbe. De a felosztás időszakában bekövetkező események tanulmányozásának megkönnyítése érdekében mesterségesen 4 szakaszra osztják: pro-, meta-, ana-, telofázis. Időtartamuk a szövet típusától, külső tényezőktől, élettani állapottól függően változik. A leghosszabb az első és az utolsó.

Prophase

A magban észrevehető növekedés tapasztalható. A spiralizáció következtében a kromoszómák tömörödése és megrövidülése következik be. A későbbi profázisban már jól látható a kromoszómák szerkezete: 2 kromatid, melyeket centromer köt össze. Megkezdődik a kromoszómák mozgása a sejt egyenlítői felé.

A profázisban (késői) lévő citoplazmatikus anyagból osztódási orsó alakul ki, amely centriolok részvételével (állati sejtekben, számos alacsonyabb rendű növényben) vagy azok nélkül (egyes protozoák sejtjei, magasabb rendű növények) jön létre. Ezt követően a centriolákból 2-típusú orsószálak kezdenek megjelenni, pontosabban:

• támaszték, amelyek összekötik a cella pólusait;
• kromoszómális (pulling), amelyek metafázisban keresztezik a kromoszómális centromereket.

Ennek a fázisnak a végén a magmembrán eltűnik, és a kromoszómák szabadon helyezkednek el a citoplazmában. Általában a mag egy kicsit korábban eltűnik.

metafázis

Ennek kezdete a nukleáris burok eltűnése. A kromoszómák először az egyenlítői síkban sorakoznak fel, és a metafázis lemezt alkotják. Ebben az esetben a kromoszómális centromerek szigorúan az egyenlítői síkban helyezkednek el. Az orsószálak a kromoszómális centromerekhez kapcsolódnak, és néhányuk az egyik pólusról a másikra jut anélkül, hogy összekapcsolódna.

Anafázis

Kezdete a kromoszómák centromereinek osztódása. Ennek eredményeként a kromatidák két külön leánykromoszómává alakulnak. Továbbá az utóbbiak elkezdenek eltérni a sejtpólusok felé. Ebben az időben általában különleges V-alakúak. Ezt az eltérést az orsó meneteinek gyorsításával hajtják végre. Ugyanakkor a tartószálak megnyúlnak, ami a pólusok egymástól való távolságát eredményezi.

Telofázis

Itt a kromoszómák a sejtpólusokon összegyűlnek, majd szétszóródnak. Ezután az osztóorsó megsemmisül. A leánysejtek magburoka a kromoszómák körül alakul ki. Ezzel befejeződik a kariokinézis, amelyet a citokinézis követ.

A vírus sejtbe jutásának mechanizmusai

Csak kettő van belőlük:

1. A vírus szuperkapszid és a sejtmembrán fúziójával. Ennek eredményeként a nukleokapszid felszabadul a citoplazmába. Ezt követően megfigyelhető a vírusgenom tulajdonságainak megvalósulása.

2. Pinocytosison (receptor által közvetített endocitózison) keresztül. Itt a vírus a határolt üreg helyén kötődik receptorokkal (specifikus). Ez utóbbi kidudorodik a sejtbe, majd átalakul úgynevezett határolt vezikulummá. Ez viszont tartalmazza az elnyelt viriont, amely egy ideiglenes köztes hólyaggal egyesül, amelyet endoszómának neveznek.

A vírus intracelluláris replikációja

A sejtbe jutás után a vírus genomja teljesen alárendeli életét saját érdekeinek. A sejt fehérjeszintetizáló rendszerén és energiatermelő rendszerein keresztül megtestesíti saját szaporodását, feláldozva általában a sejt életét.

Az alábbi ábra egy vírus életciklusát mutatja egy gazdasejtben (Semliki forests - az Alphvirus nemzetség képviselője). Genomját egyszálú pozitív, nem fragmentált RNS képviseli. Ott a virion szuperkapsziddal van felszerelve, amely egy lipid kettős rétegből áll. Számos glikoprotein komplex körülbelül 240 másolata halad át rajta. A vírus életciklusa a gazdasejt membránján történő felszívódásával kezdődik, ahol egy fehérjereceptorhoz kötődik. A sejtbe való behatolás pinocitózison keresztül történik.

Következtetés

A cikk egy sejt életciklusát, fázisait ismertette. Az interfázis egyes periódusairól részletesen le van írva.