Презентация к уроку «Деление клетки» 6 класс

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд Описание слайда:

Сопоставьте следующие факты и сделайте вывод, о каком процессе, характерном для клетки, говорится в этих примерах: если наступить на хвост ящерицы, то она его отбрасывает, но через некоторое время хвост отрастает снова; клетки кожи человека обновляются через 1-2 недели; рост человека увеличивается до 18-23 лет; в половом процессе размножения принимают участие женские и мужские половые клетки; 900igr.

net

2 слайд Описание слайда:

Деление клетки Митоз Биология, 6 класс

3 слайд Описание слайда:

Деление клетки- это важнейшее свойство клеток для роста и развития многоклеточных организмов, замена и восстановление отдельных клеток, тканей или органов

4 слайд

Описание слайда:

Значение деления клеток: Основа роста Основа размножения Восстановление целостности организма после повреждения Обеспечивает самообновление тканей

5 слайд Описание слайда:

Способы деления клеток Митоз («митос» — нить) Мейоз («мейозис» — уменьшение)

6 слайд Описание слайда:

В результате митоза из одной клетки образуются 2 дочерние, имеющие такой же хромосомный набор, как и материнская.

В чём секрет такого деления?

7 слайд Описание слайда:

Жизненный цикл клетки: (Заполните схему) Митоз 1-2 часа Митоз 1-2 часа или гибель клетки Интерфаза Удвоение органоидов, удвоение хромосом, образование органических веществ Жизненный цикл клетки

8 слайд Описание слайда:

Клетка перед делением значение Хромосомы не видны, потому что …

9 слайд Описание слайда:

Фазы митоза

10 слайд Описание слайда:

Профаза («про» — перед, «фазис» — появление) Опишите состояние клетки

11 слайд Описание слайда:

Метафаза («мета» — после, «фазис» — появление) Как располагаются хромосомы?

12 слайд Описание слайда: 13 слайд Описание слайда:

Телофаза («телос» — конец, «фазис» — появление) Какие процессы происходят в телофазе?

14 слайд Описание слайда:

Значение митоза Образуются 2 клетки с точно таким же набором хромосом, как и у материнской клетки

15 слайд Описание слайда:

Самостоятельная работа Прочитайте как протекает митоз в животной клетке сравните фазы деления с рисунками учебника.

16 слайд Описание слайда:

Самопроверка: Сколько клеток образуется в результате митоза? 1 2 3 4 2. В результате митоза из ядра с 8 хромосомами образуются ядра: с 4 хромосомами с 6 хромосомами с 8 хромосомами с 12 хромосомами

17 слайд Описание слайда:

3. Сходство дочерних клеток с материнскими обеспечивают(ет): рибосомы хромосомы митохондрии цитоплазма 4. Перед митозом число хромосом удваивается хроматид не изменяется хроматид удваивается хромосом не изменяется

18 слайд Описание слайда:

Правильные ответы: 1- b; 2 – c; 3 –b; 4 – c; 5 — а;

19 слайд Описание слайда:

мейоз Деление клетки при котором образуется четыре клетки, каждая имеет вдвое меньше по сравнению с материнской клеткой количество хромосом

Курс повышения квалификации

Курс профессиональной переподготовки

Учитель биологии

Курс профессиональной переподготовки

Учитель биологии и химии

Найдите материал к любому уроку,
указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

Выберите категорию: Все категорииАлгебраАнглийский языкАстрономияБиологияВнеурочная деятельностьВсеобщая историяГеографияГеометрияДиректору, завучуДоп. образованиеДошкольное образованиеЕстествознаниеИЗО, МХКИностранные языкиИнформатикаИстория РоссииКлассному руководителюКоррекционное обучениеЛитератураЛитературное чтениеЛогопедия, ДефектологияМатематикаМузыкаНачальные классыНемецкий языкОБЖОбществознаниеОкружающий мирПриродоведениеРелигиоведениеРодная литератураРодной языкРусский языкСоциальному педагогуТехнологияУкраинский языкФизикаФизическая культураФилософияФранцузский языкХимияЧерчениеШкольному психологуЭкологияДругое

Выберите класс: Все классыДошкольники1 класс2 класс3 класс4 класс5 класс6 класс7 класс8 класс9 класс10 класс11 класс

Выберите учебник: Все учебники

Выберите тему: Все темы

также Вы можете выбрать тип материала:

Общая информация

Номер материала: ДБ-037729

Похожие материалы

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Трудные вопросы ЕГЭ по биологии — деление клетки

Деление клетки (митоз, мейоз) Деление клетки (митоз и мейоз) являются одними из самых трудных вопросов. Это связано со сложностью процессов, некоторой схожестью изображений фаз делений.

1. Все перечисленные ниже признаки, кроме двух, используются для описания изображенной на рисунке стадии жизненного цикла клетки. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в таблицу цифра, под которыми они указаны

1) исчезает веретено деления

2) хромосомы образуют экваториальную пластинку

3) вокруг хромосом у каждого полюса образуется ядерная оболочка

4) происходит разделение цитоплазмы

5) хромосомы спирализуются и становятся хорошо видимыми

 

2. Установите последовательность процессов, происходящих при мейотическом делении клетки

1) образование двух клеток с гаплоидным набором хромосом

2) расхождение гомологичных хромосом

3) конъюгация с возможным кроссинговером гомологичных хромосом

4) расположение в плоскости экватора и расхождение сестринских хромосом

5) расположение пар гомологичных хромосом в плоскости экватора клетки

6) образование четырех гаплоидных ядер

 

3. Установите последовательность процессов, происходящих с хромосомами в жизненном цикле клетки начиная с интерфазы и при последующем митозе

1) расположение хромосом в экваториальной плоскости

2) деспирализация хромосом

3) спирализация хромосом

4) расхождение сестринских хроматид к полюсам клетки

5) репликация ДНК и образование двухроматидных хромосом

 

4. Установите соответствие 

Процессы		Стадии жизненного цикла клетки
А) спирализация хромосом Б) интенсивный обмен веществ В) удвоение центриолей Г) расхождение сестринских хроматид к полюсам клетки Д) редупликация ДНК Е) увеличение количества органоидов клетки		1) интерфаза 2) митоз

 

5. Установите соответствие 

Биологическое значение		Типы деления
А) обеспечивает регенерацию тканей Б) образует споры растений В) обеспечивает генетическую стабильность вида Г) лежит в основе роста организма Д) обеспечивает комбинативную изменчивость Е) образует гаметы многоклеточных животных		1) мейоз 2) митоз

 

6. Рассмотрите рисунок. Назовите тип и фазу деления ядра клетки. Укажите количество генетического материала в клетке в эту фазу. Заполните пустые ячейки таблицы, используя термины и процессы, приведенные в списке

Тип деления	Фаза деления	Количество генетического материала
__________(А)	__________(Б)	__________(В)

Список терминов и понятий:

1) мейоз II

2) митоз

3) метафаза

4) анафаза

5) телофаза

6) 2n4c

7) 4n4c

8) n2c

 

7. Установите соответствие 

Особенности		Типы деления
А) состоит из одного деления Б) в профазе происходит конъюгация В) происходит редукционное деление Г) формируются ядра, идентичные материнскому Д) обеспечивает сохранение числа хромосом в жизненном цикле организма Е) формируются четыре клетки		1) митоз 2) мейоз

 

8. Рассмотрите рисунок и определите тип и фазу деления клетки, количество генетического материала в клетке. Заполните пустые ячейки таблицы, используя термины и понятия, приведенные в списке. Для каждой ячейки, обозначенной буквами, выберите соответствующий термин или понятие из предложенного списка

Тип деления	Фаза деления	Количество генетического материала
__________(А)	__________(Б)	__________(В)

Список терминов и понятий

1) анафаза II

2) n2c (у каждого полюса клетки)

3) метафаза

4) мейоз

5) 2n2c

6) митоз

7) анафаза I

 

9. Рассмотрите рисунок и определите тип и фазу деления клетки, количество генетического материала в клетке. Заполните пустые ячейки таблицы, используя термины и понятия, приведенные в списке. Для каждой ячейки, обозначенной буквами, выберите соответствующий термин или понятие из предложенного списка

Тип деления	Фаза деления	Количество генетического материала
___________(А)	____________(Б)	_________(В)

Список терминов и понятий:

1) метафаза II

2) 2n2c

3) метафаза

4) митоз

5) 2n4c

6) мейоз

7) метафаза I

 

10. Рассмотрите рисунок и определите тип и фазу деления клетки, количество генетического материала в клетке. Заполните пустые ячейки таблицы, используя термины и понятия, приведенные в списке. Для каждой ячейки, обозначенной буквами, выберите соответствующий термин или понятие из предложенного списка

Тип деления		Фаза деления		Количество генетического материала
_________(А)		_________(Б)		_________(В)

Список терминов и понятий:

1) анафаза

2) 4n4c (у каждого полюса клетки)

3) метафаза

4) мейоз

5) 2n2c (у каждого полюса клетки)

6) митоз

7) анафаза I

 

11. Сходство профазы митоза и профазы I мейоза заключается в том, что происходит

1) исчезновение ядерной оболочки

2) конъюгация

3) кроссинговер

4) образование веретена деления

5) спирализация хромосом

6) удвоение хромосом

 

12. Установите соответствие 

Процессы		Фазы митоза
А) исчезновение ядрышка Б) образование веретена деления В) разрушение ядерной оболочки Г) расхождение дочерних хроматид к противоположным полюсам клетки Д) спирализация хромосом Е) упорядоченное расположение хромосом, состоящих из двух дочерних хроматид, на экваторе клетки		1) анафаза 2) метафаза 3) профаза

 

13. Установите соответствие 

Процессы		Периоды интерфазы
А) рост клетки Б) синтез АТФ для митоза В) синтез АТФ для редупликации ДНК Г) синтез белков микротрубочек Д) редупликация ДНК Е) удвоение центриолей		1) постсинтетический 2) пресинтетический 3) синтетический

 

14. Установите соответствие 

Процессы		Фазы мейоза
А) кроссинговер Б) конъюгация В) образование веретена деления Г) спирализация хромосом Д) упорядоченное расположение бивалентов на экваторе клетки Е) упорядоченное расположение хромосом, состоящих из двух хроматид, на экваторе клетки		1) метафаза I 2) метафаза II 3) профаза I

 

15. Установите последовательность процессов митоза

1) деспирализация хромосом

2) образование веретена деления

3) расхождение дочерних хроматид к противоположным полюсам клетки

4) спирализация хромосом

5) упорядоченное расположение хромосом, состоящих из двух хроматид, на экваторе клетки

6) формирование двух дочерних клеток

 

Список используемых источников:

1. ЕГЭ. Биология: типовые экзаменационные варианты: 30 вариантов / под ред. В.С. Рохлова. – М,: Издательство «Национальное образование»
2. Биология. Подготовка к ЕГЭ. 30 тренировочных вариантов по демоверсии 2018 / А.А. Кириленко, С.И. Колесников, Е.В. Даденко. – Ростов-на-Дону: Легион,

Просмотров: 48502

Жизненный цикл клетки. Митоз. Мейоз 🐲 СПАДИЛО.РУ

Жизненный цикл клетки

Жизненный цикл клетки = клеточный цикл – промежуток времени от деления материнской клетки до непосредственного деления клетки или ее гибели.

За это время клетка успевает пройти стадию дифференцировки. Клетки при «рождении» обладают свойством тотипотентности, то есть у них есть разные пути развития и перспектива выполнять разные функции, иначе это называется дифференцировкой. Клетка растет, выполняет свою работу в зависимости от типа, а затем либо делится, либо погибает.

Клеточная смерть

Существует два пути конца существования клетки:

1. Апоптоз – запрограммированная клеточная смерть. Клетка «понимает» благодаря клеточным сигналам, что ее время пришло. Возможно, она была повреждена или на это есть другие причины. Хроматин сильно конденсируются, цитоплазма и мембранные структуры ужимаются, затем все полезное, что есть в клетке распределяется между соседними клетками ткани. Таким образом, клетка не губит никого рядом и даже приносит пользу, отдавая свои ресурсы другим клеткам, которые являются жизнеспособными. Никакого воспаления не возникает. Клетки сближаются, тем самым закрывая пробел.
2. Некроз – гибель клеток и тканей. Некроз возникает тогда, когда клетка повреждена очень сильно или условия ее существования крайне поменялись. Тога у клетки нет другого выхода, кроме как некроз. В отличии от апоптоза, все внутри клетки повреждается, а не ужимается и сохраняется для соседей. Объемы клетки увеличиваются, она разбухает, лизируется («лизис» — расщепление, поэтому лизосомы так называются) изнутри. Происходит разрыв плазматической мембраны и продукты клеточного распада высвобождаются в межклеточное пространство, что пагубно влияет на соседние клетки. В них тоже начинается некроз или апоптоз, что приводит не просто к смерти отдельных клеток, а к смерти части ткани. Происходит воспалительный процесс, в результате чего сосуды расширяются, а лейкоциты мигрируют в место повреждения.

Апоптоз и некроз

Интерфаза

1.G₁ – период (постмитотический или пресинтетический период)

Начинается сразу после образования клетки в результате митоза материнской клетки. В клетке увеличивается содержание цитоплазматических белков, следовательно, размеры клетки увеличиваются до размеров материнской клетки.

В эту фазу клетка принимает решение: вступать в митоз или не делиться. Момент принятия решения называется точкой рестрикции.

Фазы интерфазы

2.S – период (синтетический период)

В ядре удваивается ДНК, кроме центромерных участков. Удваиваются хромосомные белки.

В цитоплазме удваиваются центриоли.

К концу S – фазы клетка тетраплоидна (4n) по ДНК.

3.G₂ – период (постсинтетический или премитотический период)

Происходит синтез других белков, необходимых для митоза, в том числе, тубулина, из которого формируются трубочки веретена деления.

Все деление клетки, включая митоз, занимает примерно один сутки, притом на пресинтетическую фазу (G₁) около 9 часов, а синтетическую (S) — 10 часов, постсинтетическую (G₂) – 4,5 часа, а непосредственно на митотическое деление – всего полчаса.

Митоз

Митоз – непрямое деление клетки, в результате которого образуются 2 дочерние клетки, полностью идентичные материнской клетке.

Митоз. Фотографии

 

1.Профаза

В ядре конденсируются хромосомы, каждая из них содержит по 2 хроматиды, что является результатом репликации в S – периоде.

Синтез РНК прекращается, исчезают ядрышки, постепенно разрушается ядерная оболочка. Ядерные мембраны распадаются на маленькие пузырьки.

В цитоплазме: ЭПС и аппарат Гольджи тоже распадаются на пузырьки – везикулы.

Пары центриолей постепенно расходятся к полюсам клетки, начинает формироваться веретено деления.

2. Метафаза

Хромосомы достигают максимальной степени конденсации и выстраиваются на экваторе клетки, то есть по центру, образуя метафазную пластинку.

Связь между сестринскими хроматидами начинает разрушаться.

Завершается формирование веретена деления.

3.Анафаза

Хроматиды сохраняют максимальную степень конденсации, но теряют связь друг с другом. Они начинают расходиться к полюсам клетки.

Хроматиды каждой хромосомы расходятся к противоположным полюсам.

4.Телофаза

Дочерние хромосомы деспирализуются (раскручиваются) у полюсов клетки. Начинается синтез белка.

Формируются ядрышки и ядро, этот процесс называется кариокинезом («карио» — ядро, «кинезис» — формирование.)

Веретено деления распадается.

Начинается цитокинез: по центру клетки образуется перетяжка, клетка разделяется на две, так между дочерними клетками распределяется цитоплазма.

После цитокинеза в клетках восстанавливается аппарат Гольджи и ЭПС.

Мейоз

Мейоз

Мейоз – редукционное деление, при котором число хромосом в дочерних становится гаплоидным. Так сохраняется постоянство числа хромосом при половом размножении.

Мейоз напоминает два митоза, но с некоторыми правками:

1. Интерфаза у мейоза очень маленькая, а перед вторым делением практически отсутствует.
2. В профазе I происходят конъюгация — сближение гомологичных хромосом и кроссинговер – обмен гомологичными участками хромосомы.
3. В анафазе I к полюсам расходятся не сестринские хроматиды, а сестринские хромосомы.
4. В телофазу I в 2х дочерних клетках не однохроматидные хромосомы, а двухроматидные.
5. В интерфазе II ДНК не удваивается.
6. Далее – снова деление, которое происходит в двух дочерних клетках, образовавшихся после первого деления. В телофазу II образуются клетки с гаплоидным набором ДНК.

Рост клеток — Cell growth

Деление, рост и размножение клеток

Рост клеток относится к увеличению общей массы в виде клетки , в том числе как цитоплазматический , ядерный и органелл объема. Рост клеток происходит тогда , когда общий уровень клеточного биосинтеза (производство биомолекул или анаболизма) больше , чем общий показатель клеточной деструкции (разрушения биомолекул через протеасому , лизосому или аутофагию , или катаболизм).

Рост клеток не следует путать с клеточным делением или клеточным циклом , которые представляют собой отдельные процессы, которые могут происходить наряду с ростом клеток в процессе пролиферации клеток , когда клетка, известная как «материнская клетка», растет и делится с образованием двух « дочерние клетки ». Важно отметить, что рост и деление клеток также могут происходить независимо друг от друга. Во время раннего эмбрионального развития ( расщепление в зиготы с образованием морулы и бластодерму ), деление клеток происходит многократно без роста клеток. И наоборот, некоторые клетки могут расти без клеточного деления или без какого-либо развития клеточного цикла , такого как рост нейронов во время поиска пути аксонов в развитии нервной системы .

Деление клеток без роста клеток при дроблении эмбриона

У многоклеточных организмов рост ткани редко происходит исключительно за счет роста клеток без деления клеток , но чаще всего происходит за счет пролиферации клеток . Это связано с тем, что одна клетка, имеющая только одну копию генома в ядре клетки, может осуществлять биосинтез и, таким образом, подвергаться клеточному росту только вдвое быстрее, чем две клетки. Следовательно, две клетки растут (накапливают массу) в два раза быстрее, чем одна клетка, а четыре клетки растут в 4 раза быстрее, чем одна клетка. Этот принцип приводит к экспоненциальному увеличению скорости роста ткани (накоплению массы) во время пролиферации клеток из-за экспоненциального увеличения числа клеток.

Размер клеток зависит как от роста клеток, так и от деления клеток , причем непропорциональное увеличение скорости роста клеток приводит к образованию более крупных клеток, а непропорциональное увеличение скорости деления клеток приводит к образованию множества более мелких клеток. Клеточная пролиферация обычно включает сбалансированные скорости роста и деления клеток, которые поддерживают примерно постоянный размер клетки в экспоненциально пролиферирующей популяции клеток.

Некоторые особые клетки могут расти до очень больших размеров за счет необычного клеточного цикла « эндорепликации », в котором геном реплицируется во время S-фазы, но не происходит последующего митоза ( M-фаза ) или деления клеток ( цитокинез ). Эти большие эндореплицирующие клетки имеют множество копий генома , поэтому они очень полиплоидны .

Ооциты могут быть необычно большими клетками у видов, у которых эмбриональное развитие происходит вдали от тела матери в яйцеклетке, откладываемой извне. Большого размера некоторых яиц можно достичь либо путем перекачивания цитозольных компонентов из соседних клеток через цитоплазматические мостики, называемые кольцевыми каналами ( Drosophila ), либо путем интернализации гранул хранения питательных веществ (гранул желтка) за счет эндоцитоза ( лягушки ).

Механизмы контроля роста клеток

Клетки могут расти за счет увеличения общей скорости клеточного биосинтеза , так что производство биомолекул превышает общую скорость клеточной деградации биомолекул через протеасомы , лизосомы или аутофагию .

Биосинтез из биомолекул инициируются посредством экспрессии генов , которые кодируют РНК и / или белки , в том числе ферментов , которые катализируют синтез липидов и углеводов .

Отдельные гены обычно экспрессируются посредством транскрипции в информационную РНК (мРНК) и трансляции в белки , и экспрессия каждого гена происходит на различных уровнях специфическим для клеточного типа образом (в ответ на сети регуляции генов ).

Для того, чтобы стимулировать рост клеток, глобальный уровень экспрессии гена может быть увеличена за счет повышения общей скорости транскрипции с помощью РНК — полимеразы II , (для активных генов) или общий уровень мРНК перевода в белок путем увеличения обилие рибосом и тРНК , чей биогенез зависит от РНК-полимеразы I и РНК-полимеразы III . Мус фактор транскрипции является примером регулирующего белка , который может индуцировать общую активность РНК — полимеразы I , РНК — полимеразы II и РНК — полимеразы III вести глобальную транскрипцию и трансляцию и , таким образом рост клеток.

Кроме того, активность отдельных рибосом может быть увеличена , чтобы повысить глобальную эффективность мРНК перевода посредством регулирования факторов инициации трансляции, в том числе «поступательное относительное удлинение инициирования фактора 4Е» ( eIF4E ) комплекс, который связывается с и крышки 5′ конца мРНК . Белок TOR , часть комплекса TORC1 , является важным вышестоящим регулятором инициации трансляции, а также биогенеза рибосом . TOR — это серин / треониновая киназа, которая может напрямую фосфорилировать и инактивировать общий ингибитор eIF4E , называемый 4E-связывающим белком (4E-BP) , для повышения эффективности трансляции. TOR также непосредственно фосфорилирует и активирует рибосомный протеин S6-киназу ( S6K ), которая способствует биогенезу рибосом .

Чтобы подавить рост клеток, глобальная скорость экспрессии генов может быть уменьшена или глобальная скорость биомолекулярной деградации может быть увеличена за счет увеличения скорости аутофагии . TOR обычно напрямую подавляет функцию индуцирующей аутофагию киназы Atg1 / ULK1 . Таким образом, снижение активности TOR снижает глобальную скорость трансляции и увеличивает степень аутофагии, чтобы уменьшить рост клеток.

Регуляция роста клеток у животных

Многие из сигнальных молекул, которые контролируют клеточный рост, называются факторами роста , многие из которых индуцируют передачу сигнала через путь PI3K / AKT / mTOR , который включает липидкиназу PI3K, расположенную выше по течению, и серин / треониновую протеинкиназу Akt , находящуюся ниже по течению , которая способна к активируют другую протеинкиназу TOR , которая способствует трансляции и подавляет аутофагию, чтобы стимулировать рост клеток.

Доступность питательных веществ влияет на выработку факторов роста семейства инсулина / IGF-1 , которые циркулируют в виде гормонов у животных, чтобы активировать путь PI3K / AKT / mTOR в клетках, чтобы способствовать активности TOR, так что, когда животные хорошо кормятся, они будут расти быстро, а когда они не могут получать достаточное количество питательных веществ, что снижает скорость их роста.

Кроме того, доступность аминокислот для отдельных клеток также напрямую способствует активности TOR , хотя этот способ регуляции более важен для одноклеточных организмов, чем для многоклеточных организмов, таких как животные, которые всегда поддерживают изобилие аминокислот в кровотоке.

Одна спорная теория предполагает, что многие различные клетки млекопитающих претерпевают переходы в зависимости от размера во время клеточного цикла. Эти переходы контролируются циклин-зависимой киназой Cdk1. Хотя белки, которые контролируют Cdk1, хорошо изучены, их связь с механизмами, контролирующими размер клеток, остается неуловимой. Постулируемая модель контроля размеров млекопитающих рассматривает массу как движущую силу клеточного цикла. Клетка не может вырасти до аномально большого размера, потому что при определенном размере клетки или клеточной массе инициируется S-фаза. Фаза S запускает последовательность событий, ведущих к митозу и цитокинезу. Клетка не может стать слишком маленькой, потому что более поздние события клеточного цикла, такие как S, G2 и M, задерживаются до тех пор, пока масса не увеличится достаточно, чтобы начать S-фазу.

Популяции клеток

Популяции клеток проходят через особый тип экспоненциального роста, называемый удвоением или пролиферацией клеток . Таким образом, каждое поколение ячеек должно быть вдвое больше предыдущего. Однако количество поколений дает только максимальную цифру, поскольку не все клетки выживают в каждом поколении. Клетки могут воспроизводиться на стадии митоза, когда они удваиваются и разделяются на две генетически равные клетки.

Размер ячейки

Размер клеток у разных организмов сильно различается, при этом некоторые водоросли, такие как Caulerpa taxifolia, представляют собой одиночную клетку длиной несколько метров. Растительные клетки намного больше, чем клетки животных, а протисты, такие как Paramecium, могут иметь длину 330 мкм, в то время как типичная клетка человека может иметь длину 10 мкм. Как эти клетки «решают», какого размера они должны быть перед делением, остается открытым вопросом. Известно, что отчасти ответственны химические градиенты, и предполагается, что это связано с обнаружением механического стресса структурами цитоскелета . Работа над темой обычно требует организма, клеточный цикл которого хорошо охарактеризован.

Регулирование размера дрожжевых клеток

Взаимосвязь между размером клеток и делением клеток широко изучалась на дрожжах . Для некоторых клеток существует механизм, по которому деление клеток не начинается, пока клетка не достигнет определенного размера. Если подача питательных веществ ограничена (после времени t = 2 на диаграмме ниже) и скорость увеличения размера клеток замедляется, период времени между делениями клеток увеличивается. Были выделены мутанты размером с дрожжевые клетки, которые начинают деление клеток до достижения нормального / обычного размера ( мутанты Wee ).

Рисунок 1: Клеточный цикл и рост

Белок Wee1 представляет собой тирозинкиназу, которая обычно фосфорилирует регуляторный белок клеточного цикла Cdc2 (гомолог CDK1 у человека), циклин-зависимую киназу, по остатку тирозина. Cdc2 запускает митоз путем фосфорилирования широкого круга мишеней. Эта ковалентная модификация молекулярной структуры Cdc2 ингибирует ферментативную активность Cdc2 и предотвращает деление клеток. Wee1 сохраняет активность Cdc2 в начале G2, когда клетки еще маленькие. Когда клетки достигают достаточного размера во время G2, фосфатаза Cdc25 снимает ингибирующее фосфорилирование и, таким образом, активирует Cdc2, чтобы позволить митотическому входу. Баланс активности Wee1 и Cdc25 с изменениями размера клеток координируется системой контроля митотического входа. На мутантах Wee1, клетках с ослабленной активностью Wee1, было показано, что Cdc2 становится активным, когда клетка меньше. Таким образом, митоз происходит до того, как дрожжи достигают своего нормального размера. Это предполагает, что деление клеток может частично регулироваться разбавлением белка Wee1 в клетках по мере их роста.

Связывание Cdr2 с Wee1

Протеинкиназа Cdr2 (которая негативно регулирует Wee1) и связанная с Cdr2 киназа Cdr1 (которая непосредственно фосфорилирует и ингибирует Wee1 in vitro ) локализованы в полосе кортикальных узлов в середине интерфазных клеток. После вступления в митоз факторы цитокинеза, такие как миозин II , привлекаются к аналогичным узлам; эти узлы в конечном итоге конденсируются, образуя цитокинетическое кольцо. Ранее не охарактеризованный белок, Blt1 , как было обнаружено, колокализуется с Cdr2 в медиальных интерфазных узлах. Клетки с нокаутом Blt1 имели увеличенную длину при делении, что согласуется с задержкой митотического входа. Это открытие связывает физическое местоположение, полосу корковых узлов, с факторами, которые, как было показано, непосредственно регулируют митотический вход, а именно Cdr1, Cdr2 и Blt1.

Дальнейшие эксперименты с GFP- меченными белками и мутантными белками показывают, что медиальные кортикальные узлы образованы упорядоченной, зависимой от Cdr2 сборкой множества взаимодействующих белков во время интерфазы. Cdr2 находится на вершине этой иерархии и работает выше Cdr1 и Blt1. Митозу способствует негативная регуляция Wee1 с помощью Cdr2. Также было показано, что Cdr2 рекрутирует Wee1 в медиальный кортикальный узел. Механизм такой вербовки еще предстоит выяснить. Мутант киназы Cdr2, который способен правильно локализоваться, несмотря на потерю функции фосфорилирования, нарушает рекрутирование Wee1 в медиальную кору и задерживает вступление в митоз. Таким образом, Wee1 локализуется со своей ингибирующей сетью, что демонстрирует, что митоз контролируется посредством Cdr2-зависимой негативной регуляции Wee1 в медиальных кортикальных узлах.

Факторы полярности клеток

Факторы полярности клеток, расположенные на концах клеток, обеспечивают пространственные ориентиры для ограничения распределения Cdr2 в середине клетки. У делящихся дрожжей Schizosaccharomyces pombe ( S. Pombe ) клетки делятся до определенного воспроизводимого размера во время митоза из-за регулируемой активности Cdk1. Протеинкиназа Pom1 клеточной полярности , член семейства киназ, регулируемых тирозин-фосфорилированием двойной специфичности (DYRK), локализуется на концах клеток. В клетках, нокаутированных по Pom1, Cdr2 больше не ограничивался серединой клетки, а диффузно наблюдался через половину клетки. Из этих данных становится очевидным, что Pom1 обеспечивает тормозящие сигналы, которые ограничивают Cdr2 серединой клетки. Далее было показано, что Pom1-зависимые сигналы приводят к фосфорилированию Cdr2. Было также показано, что клетки с нокаутом Pom1 делятся с меньшим размером, чем клетки дикого типа, что указывает на преждевременное вступление в митоз.

Pom1 формирует полярные градиенты, которые достигают максимума на концах ячейки, что показывает прямую связь между факторами контроля размера и конкретным физическим местоположением в ячейке. По мере увеличения размера клетки градиент в Pom1 увеличивается. Когда клетки маленькие, Pom1 распространяется диффузно по телу клетки. По мере увеличения размера ячейки концентрация Pom1 уменьшается в середине и становится концентрированной на концах ячейки. Маленькие клетки в раннем G2, которые содержат достаточные уровни Pom1 во всей клетке, имеют неактивный Cdr2 и не могут вступать в митоз. Только когда клетки перерастут в поздний G2, когда Pom1 ограничен клеточными концами, Cdr2 в медиальных кортикальных узлах активируется и может начать ингибирование Wee1. Это открытие показывает, как размер клетки играет прямую роль в регуляции начала митоза. В этой модели Pom1 действует как молекулярное звено между ростом клеток и митотическим входом через путь Cdr2-Cdr1-Wee1-Cdk1. Полярный градиент Pom1 успешно передает информацию о размере и геометрии клеток регуляторной системе Cdk1. Благодаря этому градиенту клетка гарантирует, что она достигла определенного, достаточного размера для вступления в митоз.

Другие экспериментальные системы для изучения регуляции размера клеток

Одним из распространенных способов получения очень больших клеток является слияние клеток с образованием синцитий . Например, очень длинные (несколько дюймов) клетки скелетных мышц образуются путем слияния тысяч миоцитов . Генетические исследования плодовой мушки Drosophila выявили несколько генов, которые необходимы для образования многоядерных мышечных клеток путем слияния миобластов . Некоторые из ключевых белков важны для клеточной адгезии между миоцитами, а некоторые участвуют в зависимой от адгезии передаче сигнала от клетки к клетке, что делает возможным каскад событий слияния клеток. Увеличение размеров растительных клеток осложняется тем, что почти все растительные клетки находятся внутри сплошной клеточной стенки . Под влиянием определенных гормонов растений клеточная стенка может быть реконструирована, что позволяет увеличить размер клеток, что важно для роста некоторых тканей растений.

Большинство одноклеточных организмов имеют микроскопические размеры, но есть некоторые гигантские бактерии и простейшие , которые видны невооруженным глазом. См .: Таблица размеров клеток — Плотные популяции гигантской серной бактерии в отложениях шельфа Намибии — Крупные простейшие рода Chaos , близкие к роду Amoeba

У палочковидных бактерий E. coli , Caulobacter crescentus и B. subtilis размер клеток контролируется простыми механизмами, в которых деление клеток происходит после добавления постоянного объема с момента предыдущего деления. Всегда увеличиваясь на одну и ту же величину, клетки, рожденные меньше или больше среднего, естественным образом сходятся к среднему размеру, эквивалентному сумме, добавляемой в течение каждого поколения.

Деление клеток

Размножение клеток бесполое . Для большинства составляющих клетки рост — это устойчивый, непрерывный процесс, прерывающийся лишь на короткое время в фазе М, когда ядро, а затем клетка делятся на две части.

Процесс деления клетки, называемый клеточным циклом , состоит из четырех основных частей, называемых фазами. Первая часть, называемая фазой G _1, отмечена синтезом различных ферментов , необходимых для репликации ДНК. Вторая часть клеточного цикла — это фаза S , когда репликация ДНК дает два идентичных набора хромосом . Третья часть — это фаза G _2, в которой происходит значительный синтез белка , в основном связанный с образованием микротрубочек , необходимых в процессе деления, называемого митозом . Четвертая фаза, М-фаза , состоит из деления ядра ( кариокинез ) и цитоплазматического деления ( цитокинез ), сопровождаемых образованием новой клеточной мембраны . Это физическое разделение «материнской» и «дочерней» клеток. Фаза М была разбита на несколько отдельных фаз, последовательно известных как профаза , прометафаза , метафаза , анафаза и телофаза, что приводит к цитокинезу.

Деление клеток у эукариот сложнее, чем у других организмов. Прокариотические клетки, такие как бактериальные клетки, воспроизводятся посредством бинарного деления , процесса, который включает репликацию ДНК, сегрегацию хромосом и цитокинез. Деление эукариотических клеток включает митоз или более сложный процесс, называемый мейозом . Митоз и мейоз иногда называют двумя процессами « ядерного деления». Бинарное деление похоже на размножение эукариотических клеток, которое включает митоз. Оба приводят к образованию двух дочерних клеток с таким же числом хромосом, что и родительская клетка. Мейоз используется для особого процесса размножения клеток диплоидных организмов. Он производит четыре особые дочерние клетки ( гаметы ), которые содержат половину нормального клеточного количества ДНК. Затем мужская и женская гамета могут объединиться, чтобы произвести зиготу , клетку, которая снова имеет нормальное количество хромосом.

Остальная часть статьи представляет собой сравнение основных характеристик трех типов клеточного воспроизводства, которые включают бинарное деление, митоз или мейоз. На диаграмме ниже показаны сходства и различия этих трех типов размножения клеток.

Сравнение трех типов деления клеток

Содержимое ДНК клетки дублируется в начале процесса воспроизводства клеток. До репликации ДНК содержание ДНК в клетке можно представить как количество Z (клетка имеет Z-хромосомы). После процесса репликации ДНК количество ДНК в

Деление клеток — определение, типы, фазы и часто задаваемые вопросы

Что такое деление клеток?

Деление клетки можно определить как процесс, посредством которого клетка распределяет свой генетический материал и цитоплазму и дает начало новым дочерним клеткам. Он является частью более крупного клеточного цикла и играет непосредственную роль в воспроизводстве клеток.

У хорошо развитых организмов наблюдается два типа деления клеток: митоз и мейоз. Это очень сложные процессы, которые проходят в разные фазы.Однако, если упрощенно, митоз можно определить как точное дублирование клетки, где дочерние клетки будут иметь ту же генетическую информацию, что и родительская клетка. В мейозе дочерние клетки будут иметь только половину генетической информации исходной клетки. Общей конечной фазой в обоих процессах является цитокинез и деление цитоплазмы. В этой теме мы обсудим оба типа деления клеток.

Митоз и мейоз деления клеток

Два хорошо задокументированных типа деления клеток:

1. Митоз

2. Мейоз

Митоз

Это тип деления клеток, при котором одна клетка делится с образованием две генетически идентичные дочерние клетки.Подавляющее большинство клеточных делений, которые происходят в нашем организме, — это митоз. Этот процесс является неотъемлемой частью роста и развития организма и имеет место на протяжении всей жизни организма. Для некоторых одноклеточных организмов, таких как дрожжи, деление митотических клеток — единственный способ размножения. Далее мы узнаем о митотическом процессе деления клеток.

Фазы клеточного деления митоза:

1. Ранняя и поздняя профаза

2. Метафаза

3. Анафаза

4. Телофаза

Перед началом митоза клетка находится в состоянии, называемом интерфазой и он копирует свою ДНК, поэтому хромосомы в ядре состоят из двух копий, которые называются сестринскими хроматидами.У животных также копируется центросома. Центросомы контролируют митоз в клетках животных. Здесь следует отметить, что поскольку в растительных клетках нет центриолей и центросом, то центр организации микротрубочек регулирует митоз.

Ранняя и поздняя профаза

• В ранней профазе клетка инициирует деление клетки, разрушая некоторые компоненты клетки и создавая другие компоненты, а затем начинается деление хромосомы.

• На этой стадии хромосомы начинают конденсироваться, что помогает им легко разделяться на более поздних стадиях.

• После этого начинает формироваться митотическое веретено, структура, состоящая из микротрубочек.Он организует хромосомы и перемещает их во время митоза. Митотическое веретено растет между центросомами клетки по мере их движения к разным полюсам.

• Затем ядрышко исчезает, что является признаком того, что ядро ​​готовится к распаду.

• В поздней профазе, также называемой прометафазой, митотическое веретено начинает организовывать хромосомы.

• Как только хромосомы заканчивают конденсироваться, они образуют компактную структуру.

• Затем ядерная оболочка разрушается, и хромосомы высвобождаются.

• В конце профазы митотическое веретено растет, и некоторые микротрубочки начинают захватывать и организовывать хромосомы.

Метафаза

• Метафаза начинается, когда митотическое веретено организует все хромосомы и выстраивает их в середине клетки для деления.

• Все хромосомы выравниваются на метафазной пластинке

• На этой стадии метафазы два кинетохора каждой хромосомы должны быть прикреплены к микротрубочкам с противоположных полюсов веретена.Прежде чем перейти к анафазе, клетка проверяет, все ли кинетохоры правильно прикреплены к микротрубочкам, и это называется контрольной точкой веретена.

• Контрольная точка шпинделя гарантирует, что сестринские хроматиды разделены поровну на две дочерние клетки.

Анафаза

• На этой стадии сестринские хроматиды отделяются друг от друга и движутся к противоположным полюсам клетки. Белковый клей, который удерживает их, ломается, и они разделяются.

• Микротрубочки, не прикрепленные к хромосомам, удлиняются и раздвигаются. При этом они разделяют полюса и удлиняют ячейку. Эти процессы контролируются моторными белками, и эти белки несут хромосомы и микротрубочки при движении.

Телофаза

• На этой стадии клетка почти делится и начинает восстанавливать свои нормальные клеточные структуры по мере того, как происходит цитокинез.

• Митотическое веретено распадается на строительные блоки, и образуются два новых ядра, по одному для каждого набора хромосом.

• Ядерная мембрана и ядрышки затем снова появляются, и хромосомы начинают деконденсироваться, чтобы вернуться к своей нормальной форме.

Цитокинез

• В клетках животных цитокинез является сократительным. Внутри ячейки есть щепотка образования, которая делит ее на две части, как кошелек для монет с «шнурком». «Шнурок» — это лента из нитей актинового белка. Зажимная складка называется бороздой декольте.

• Растительные клетки нельзя разделить таким образом, поскольку они имеют жесткую клеточную стенку и слишком жесткие.Посередине клетки образуется клеточная пластинка, которая расщепляет дочерние клетки.

[Изображение будет скоро загружено]

Мейоз

В мейозе одна клетка делится дважды, чтобы произвести четыре клетки, которые содержат половину исходного количества генетического материала. Это можно наблюдать в сперматозоидах у мужчин и яйцеклетках у женщин.

Существует 9 фаз деления мейотических клеток. Они обсуждаются ниже:

Интерфаза

• Подобно митозу, генетический материал клетки копируется, и образуются два идентичных набора хромосом.

• Центросомы и центриоли также копируются, и на этой фазе микротрубочки отходят от центросом.

Профаза I

• Два набора хромосом конденсируются в X-образную форму

• Каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид, которые содержат идентичную генетическую информацию.

• Все хромосомы объединяются в пары. Например, обе копии хромосомы 1 и обе копии хромосомы 2 находятся вместе.

• Затем пары хромосом могут обмениваться частями ДНК посредством кроссинговера или рекомбинации.

• В конце концов, на этом этапе ядерная мембрана растворяется и высвобождает хромосомы.

• Мейотическое веретено, состоящее из микротрубочек и других белков, проходит через клетку.

Метафаза I

• Пары хромосом выстраиваются рядом друг с другом по центру клетки.

• Центриоли движутся на противоположных полюсах клетки, и мейотические веретена отходят от них.Их волокна прикрепляются к одной хромосоме каждой пары.

Анафаза I

• Затем пары хромосом разделяются мейотическим веретеном и перемещают по одной хромосоме к противоположным полюсам клетки.

• В мейозе I сестринские хроматиды клетки остаются вместе.

Телофаза I и цитокинез

• Хромосомы перемещаются к противоположным полюсам клетки, и каждый полюс имеет полный набор хромосом.

• Ядерная мембрана начинает формироваться вокруг каждого набора хромосом с образованием двух новых ядер.

• Происходит цитокинез и продуцируются две дочерние клетки.

Подразделение ячеек

Почему клетки делятся?

— большие клетки испытывают трудности с транспортировкой достаточного количества питательных веществ через свою мембрану

Ячейки ограничены по размеру их ПОВЕРХНОСТНОЙ ПЛОЩАДЬЮ и соотношением ОБЪЕМА

ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ КЛЕТОК — Процесс, при котором клетка делится на две идентичные дочерние клетки.Это происходит из двух основных фаз.

-Митоз — разделение ядро
-Цитокинез — деление цитоплазмы

ХРОМОСОМЫ

— Изготовлен из ДНК, содержащий генетический код клетки
— Обнаружен в ядре
— Каждая хромосома имеет соответствующую пару, гомологичную пару
-Количество зависит от организма

CELL CYCLE — события, через которые проходят клетки, когда они растут и делятся

Межфазная (самая длинная фаза)

G1 — первая фаза роста (разрыва)
Синтез — ДНК создает копию
G2 — вторая фаза роста (разрыв), подготовка к митозу

Митоз — ядро ​​делится, гарантируя, что каждая новая клетка имеет точное количество хромосом в качестве родительских

Митоз

Межфазный

(технически не входит в митоз, но входит в клеточный цикл)

Ячейка находится в фазе покоя, выполняя функции ячейки

ДНК реплик (копий)

Двойные органеллы для подготовки к разделу

Профаза

1.видимые хромосомы (хроматиды)
2. центриоли мигрируют к полюсам
3. ядерная мембрана исчезает
4. исчезает ядрышко
5. формируется веретено

Метафаза

Хромосомы выстраиваются вдоль экватора

Анафаза

Хроматиды отделяются и переходят к противоположным полюсам

Телофаза

1. хромосомы исчезают (становятся хроматином)

2.реформы ядерной мембраны

3. Появляются ядрышки

4. пропадает шпиндель

5. Повторяющиеся центриоли

Цитокинез

— деление цитоплазмы с образованием 2 новых дочерних клеток

— органеллы разделены

— дочерние клетки генетически идентичны

— клетки возвращаются в интерфазу

…… цитокинез принимает две формы, в зависимости от клетки ….

Animal Cells — клетка зажимается внутрь, а затем разделяется на две

Растения — образуется новая клеточная стенка (называемая клеточной пластиной) между двумя новыми ячейками

Cell Division I | Биология

Трудно представить, но клетки, присутствующие в крошечном эмбрионе, в конечном итоге генерируют все клетки, из которых состоит тело взрослого человека.

Верно, сотни миллионов клеток, составляющих кости и плоть вашего тела, являются продуктами тысяч поколений клеточного деления, которое началось, когда вы были меньше точки в конце этого предложения. Это началось, когда одна клетка распалась на две части, затем быстро реорганизовалась и снова разделилась на четыре новые клетки (рис. 1). Четыре клетки превратились в восемь; затем восемь превратились в 16 отдельных клеток с идентичной ДНК. Каскад продолжался до тех пор, пока несколько недель спустя не делились миллионы клеток, что приводило в действие экспоненциальный паттерн роста, который в конечном итоге сформировал все органы и ткани вашего тела.

Рисунок 1: Большинство клеток растений и животных реплицируются путем разделения на две идентичные дочерние клетки.

Открытие клеточного деления

Вальтер Флемминг (рис. 2), профессор Института анатомии в Киле, Германия, 19 ^{-го века, был первым, кто задокументировал детали клеточного деления. Использование микроскопов для изучения биологических тканей было новой технологией во времена Флемминга, и его высоко ценили как новатора в этой области.}

Рисунок 2: Изображение Вальтера Флемминга © Wikimedia Commons

В качестве профессора из Киля Флемминг экспериментировал с техникой использования красителей для окрашивания образцов, которые он хотел исследовать под микроскопом. Микроскопы в 1870-х годах не были оснащены электрическими источниками света, как сегодня, поэтому смерть образцов позволила ему увидеть их более подробно.Он обнаружил, что анилиновые красители особенно полезны, потому что разные типы тканей поглощают красители с разной интенсивностью в зависимости от их химического состава. Эффект заключался в том, что разные части клетки поглощали больше краски, по сути «выделяя» их, как на рисунке 3, чтобы выявить структуры и процессы, которые раньше были невидимы.

Рисунок 3: Сравнение неокрашенных (справа) и окрашенных клеток (слева) © Джудит Бикман

Флемминг использовал эти красители для исследования клеток.В частности, его интересовал процесс деления клеток. Он начал серию живых наблюдений под микроскопом с использованием окрашенных образцов тканей животных и обнаружил, что определенная масса материала внутри ядра клеток довольно хорошо поглощает краситель. В то время у него не было названия для этого материала, но позже он стал называть материал «хроматин» от греческого слова «цветность», обозначающего цвет (Zacharias, 2013). Флемминг нарисовал изображения того, что он видел под своим микроскопом, чтобы проиллюстрировать различные публикации, которые он подготовил в ходе своего исследования (рис. 4).

Рисунок 4: Рисунок Флемминга клетки насекомого, обработанной анилиновым красителем, как он видел ее под микроскопом. © Wikimedia Commons

Флемминг провел много своих экспериментов с образцами тканей огненных саламандр, распространенного вида в лесах Северной Европы, потому что хроматин в их ядрах был большим по сравнению с другими доступными исследуемыми организмами.После многих часов наблюдений Флемминг начал замечать закономерность, при которой клетки периодически переходили из состояния покоя в период бешеной активности, которая превращала одно ядро ​​в два, а затем разламывала всю клетку, создавая две идентичные клетки — каждая со своим собственным. комплемент хроматина, заключенный в его ядро.

Сегодня мы называем процесс расщепления ядра на два ядра митозом, и само расщепление клетки, цитокинезом . Эти термины вошли в употребление спустя годы после открытия Флемминга, но он полностью описал этот процесс в своей книге Zur Kenntniss der Zelle und ihrer Theilungs-Erscheinungen (К знаниям о клетке и ее явлениях деления) (Flemming, 1878).

Жизненные циклы клеток

Чередующиеся паттерны активности и бездействия, которые Флемминг видел в своих образцах, теперь обычно называют жизненным циклом клетки, или часто просто клеточным циклом.Различные типы клеток животных, такие как кости, кожа, сердце или нервные клетки, имеют разные жизненные циклы. Жизненные циклы различаются между типами клеток, но все циклы эукариотических клеток можно разбить на четыре отдельные фазы: фаза G ₁ , когда клетка растет, готовясь к возможному разделению; фаза S, когда ДНК внутри ядра делает полную копию самой себя; фаза G ₂ , когда клетка проверяет и исправляет любые ошибки, которые могли возникнуть во время дупликации ДНК; и M-фаза (для митоза), когда ядро ​​клетки разделяется на два идентичных ядра, за которым сразу следует цитокинез — деление клетки.Продолжительность и частота этих фаз различны для разных типов ячеек.

Здесь необходимо отметить, что, хотя все живые клетки удивительно похожи, деление клеток — одна из тех областей, где эукариотические клетки (растения, животные, грибы и простейшие) сильно отличаются от бактерий и других прокариот. . Это связано с тем, что бактерии и другие простые клетки не имеют ядра, поэтому процесс может быть намного проще.Фактически, бактерии просто непрерывно растут и делятся без различимых фаз между одним делением и другим. Процесс деления прокариот называется бинарным делением , и термин «митоз» к ним никогда не применяется.

Еще одно различие между прокариотами и эукариотами заключается в том, что прокариоты имеют одну главную кольцевую хромосому, в то время как эукариоты обычно имеют много линейных хромосом. Когда прокариот делится, он должен скопировать свой генетический материал и разделить две копии между двумя новыми клетками, образовавшимися в результате деления, точно так же, как эукариоты (рис. 5).Однако процесс другой. У прокариот круглая хромосома физически прикреплена к определенной точке внутри плазматической мембраны клетки. Поскольку клетка копирует хромосому при подготовке к делению клетки, она прикрепляет новую копию в отдельном месте. Таким образом, две копии хромосомы прикрепляются друг от друга. Затем, когда клетка делится на две, бактерия старается гарантировать, что каждая из двух новых клеток будет иметь по одной копии хромосомы.

Рисунок 5: Бинарное деление бактериальных клеток

В более сложных эукариотических клетках фазы G ₁ , S и G ₂ вместе называются межфазными , , поскольку эти фазы невозможно различить, просто глядя на клетки под микроскопом.Даже клетки, которые очень быстро растут и делятся в нашем организме, примерно 78% своей жизни проводят в интерфазе. Во время интерфазы эукариотические клетки удваиваются в размерах, синтезируют новые цепи ДНК и готовятся к митозу и цитокинезу.

Некоторые клетки, такие как клетки кожи человека, вступают в митотическую фазу и часто делятся на протяжении всей жизни, чтобы приспособиться к изменениям в размерах по мере роста организма или для генерации новых клеток для восстановления тканей, поврежденных болезнью или травмами.Другие клетки, такие как мышцы, нервы и красные кровяные тельца, будут оставаться в постоянной фазе G ₀ , даже не возвращаясь в митотическую фазу. Даже клетки, которые постоянно воспроизводятся на протяжении всей своей жизни, проводят очень мало времени в действительной митотической фазе (М-фаза) по сравнению с другими фазами своего жизненного цикла (Alberts, et al., 2002). На рисунке 6 показано, как разные фазы сравниваются по длине.

Рисунок 6: Относительные длины фаз клеточного цикла

Контрольная точка понимания

Процесс деления клеток более сложен в __________ клетках.

Эксперименты с клеточным циклом

Итак, что заставляет одну клетку задерживаться в G ₀ вместо перехода в фазы G ₁ в S-фазу, G ₂ и далее в митоз? Артур Парди, американский биохимик, работающий в Принстонском университете, был одним из первых, кто изучил этот вопрос. Он экспериментировал с живыми культурами клеток хомяка, чтобы найти то, что он назвал «точкой ограничения».»Парди предположил, что в жизненном цикле клетки должна быть одна точка принятия решения, когда клетка принимает один из двух путей: один путь ведет к делению клетки, а другой сохраняет клетку в состоянии покоя или неактивности, G ₀ состояние (рисунок 7).

Рис. 7: Точка ограничения, «R», в конце фазы G ₁

Парди начал с ограничения количества питательных веществ и гормонов, доступных для экспериментальных культур, чтобы посмотреть, сможет ли он остановить прогресс клеток в направлении деления клеток.Он сделал это, удалив сигналы роста клеток в разные промежутки времени. После того, как циклы были остановлены, он попытался перезапустить цикл, добавив обратно сигналы роста. На протяжении этих экспериментов Парди тщательно рассчитывал время для каждой культуры, чтобы увидеть, сколько времени потребовалось для повторного входа в S-фазу и митоз.

Парди обнаружил, что вообще не имеет значения, когда в цикле он удаляет сигналы роста. Всем образцам потребовалось одинаковое время для повторного входа в митоз.Этот результат привел Парди к выводу, что все клетки должны были оказаться в одной точке, независимо от того, где они были в своем цикле, когда он впервые удалил фактор роста.

Парди назвал точку, в которой клетки остановились, «точкой ограничения», и он предположил, что она функционирует как «точка невозврата». Другими словами, если присутствуют сигналы роста, клетки будут двигаться вперед, и как только они пройдут точку ограничения, они завершат свой текущий цикл — даже если вы удалите сигналы роста.Некоторые люди до сих пор называют эту точку ограничения, обнаруженную в фазе G ₁ всех клеток млекопитающих, «точкой Парди». Это точка в жизненном цикле, в которой клетка либо вступает на путь деления, либо останавливает пролиферацию и входит в фазу G ₀ . Позже ученые обнаружили еще одну контрольную точку в G ₂ , которая останавливает деление клеток, если ДНК не была синтезирована должным образом во время S-фазы.

Парди опубликовал свои результаты в 1974 г. (Pardee, 1973).В то же время ученые из Медицинского центра Университета Колорадо начали экспериментировать со специальной линией раковых клеток человека, называемой клетками HeLa, чтобы увидеть, могут ли они заставить клетки возвращаться в клеточном цикле или перепрыгивать с одной стадии на другую. порядка. Они использовали клетки HeLa, потому что они быстро размножались и могли оставаться в живых неопределенно долго в лабораторных условиях. В своих экспериментах команда объединила вместе разные клетки HeLa, которые находились на разных фазах клеточного цикла.Они хотели увидеть, могут ли они «обмануть» ядро ​​в одной фазе клеточного цикла, чтобы оно перешло в другую фазу, слияния его с цитоплазмой клетки в другой фазе.

То, что они нашли, было очень интересным. Они обнаружили, что когда они слили клетку G ₁ вместе с клеткой S-фазы, ядро ​​клетки G ₁ быстро перешло в S-фазу. Они предсказали, что что-то в цитоплазме клетки S-фазы заставило ядро ​​G ₁ начать синтез ДНК и войти в S-фазу.Однако, когда они слили клетку G ₂ с клеткой S-фазы, ядро ​​G ₂ не перешло бы в S-фазу. Поскольку ядро ​​G ₂ уже продублировало свою ДНК, оно не войдет в другую S-фазу и повторно продублирует свою ДНК.

Поскольку ядро ​​можно обманом заставить двигаться вперед в цикле, но не назад, этот умный эксперимент показал, что клетки могут проходить через клеточный цикл только в одном направлении.Кроме того, их результаты подтвердили то, что подозревали многие ученые — в цитоплазме клеток есть факторы, контролирующие прохождение фаз клеточного цикла (Rao & Johnson, 1970). На их поиски шла охота.

Контрольная точка понимания

Каков результат удаления сигналов роста в клетке после того, как она прошла «точку ограничения»?

Контроль клеточного цикла

Через несколько лет после экспериментов в Колорадо Тим Хант, английский биохимик, начал искать клеточные факторы, которые контролируют деление клеток и другие процессы жизненного цикла.Он нашел свои ответы, проводя исследования в качестве приглашенного профессора в Океанографическом институте Вудс-Хоул в Массачусетсе.

Хант начал с поиска белка, который может быть ответственным за запуск различных стадий деления клеток. Он получил идею из исследования, которое показало, что клетки не войдут в митотическую фазу, если их обработать лекарствами, ингибирующими синтез белка. Это означало, что клетки должны были произвести некоторые новые белки, чтобы начать митоз.Возник вопрос: «Что это за белки, вызывающие митоз?» Однако белки нельзя увидеть под микроскопом в шумной среде живых клеток. Поэтому Ханту, как и Флеммингу, пришлось быть новатором и приспособить инструмент биохимии, называемый радиоактивным мечением, для использования в своих экспериментах.

Хант вводил радиоактивные аминокислоты в яйца морского ежа (рис. 8), чтобы помочь ему «видеть» белки во многом так же, как Флемминг использовал свои красители, чтобы выделить хроматин, который он хотел видеть.Поскольку яйца использовали радиоактивные аминокислоты для синтеза новых белков, новые сгенерированные белки будут иметь метку с радиоактивностью и будут видны при просмотре с помощью рентгеновских устройств.

Рис. 8: Яйца таких морских ежей часто используются в исследованиях, поскольку они почти полностью прозрачны. image © Wikimedia Commons

Используя технику биомегирования, Хант проследил за новыми белками по мере их развития в яйцах морских ежей с течением времени и обнаружил, что уровни одного белка, в частности, будут повышаться и падать через равные промежутки времени, когда клетка входит в фазу митоза .Уровни резко увеличиваются непосредственно перед митозом, а затем внезапно падают незадолго до деления клеток. Похоже, что Хант нашел свой загадочный белок (Evans et al., 1983).

Хант назвал белок «циклин» — белок, который, как мы теперь знаем, является неотъемлемой частью системы контроля клеточного цикла. Циклины работают в тандеме с семейством ферментов, называемых киназами , для контроля клеточного цикла. Эти киназы находятся в цитоплазме клетки; но, в отличие от циклинов, киназы не накапливаются и не исчезают со временем.Киназы клеточного цикла существуют на относительно постоянных уровнях в состоянии покоя в цитоплазме клетки до тех пор, пока они не активируются циклинами. При активации эти циклин-зависимые киназы, или CDK запускают цепные реакции, которые запускают репликацию ДНК, митоз и другие события в жизненном цикле клетки.

Контрольная точка понимания

Хант ввел радиоактивные аминокислоты в яйца морских ежей, чтобы увидеть

Контрольные точки в клеточном цикле

Хотя именно циклины и CDK управляют, когда эукариотические клетки входят в каждую фазу, система полагается на контрольные точки, подобные той, которая была обнаружена Парди, чтобы гарантировать, что все системы готовы к запуску в наиболее критические фазы. цикл — синтез ДНК, а затем митоз.Система управления клеточным циклом поддерживает упорядоченное продвижение жизненного цикла вперед, подобно механическому таймеру в стиральной машине, который обеспечивает стирку, полоскание и отжимание в правильном порядке. Система управления клеточным циклом, как таймер стиральной машины, является автоматической, однонаправленной и зависит от входных сигналов в определенных контрольных точках, чтобы процесс продолжался (рисунок 9).

Рис. 9: Контрольные точки гарантируют, что клеточный цикл может быть остановлен в случае обнаружения повреждений или ошибок.

Тим Хант, открывший циклины, получил Нобелевскую премию по медицине в 2001 году вместе с Полом Нерсом, открывшим циклин-зависимые киназы (CDK). Они также разделили приз с Лиландом Хартвеллом, который первым начал исследования контрольных точек клеточного цикла.

Сеть белков, составляющих систему контроля клеточного цикла, управляет чрезвычайно сложной серией операций, которые позволяют клеткам в нашем организме — и во всех растениях и животных вокруг нас — расти и поддерживать жизнь.От тщательной репликации ДНК, которая становится образцом жизни для новых дочерних клеток, до окончательного расщепления, которое разделяет одну клетку на две во время цитокинеза, каждая фаза должна проходить без сучка и задоринки — миллионы и миллионы раз в течение жизни организма. В большинстве случаев процесс идет гладко. Однако время от времени случаются ошибки или выходят из строя системы контроля клеточного цикла. Когда это происходит, результат может быть катастрофическим для клетки и даже привести к раку. Фактически, поскольку основной особенностью раковой клетки является постоянный неограниченный рост, рак часто называют заболеванием клеточного цикла.

Сводка

Деление клеток — чрезвычайно сложный процесс, который должен происходить миллионы и миллионы раз в течение жизни организма. Этот модуль объясняет разницу между бинарным делением и циклом деления клетки. Изучаются этапы деления клеток, и описываются исследования, которые помогли нам понять этот процесс.

Ключевые понятия

• Большинство клеток, из которых состоят высшие организмы, такие как позвоночные животные и цветковые растения, размножаются посредством процесса, называемого делением клеток.

• При делении клетки клетка создает копию своей ДНК, а затем разделяется на две идентичные клетки — каждая со своей собственной копией ДНК, заключенной внутри ядра.

• Термин митоз относится конкретно к процессу, при котором ядро ​​родительской клетки разделяется на два идентичных ядра до деления клетки.

• Список литературы

• Альбертс. Б., Джонсон, А., Льюис, Дж., и другие. (2002). Молекулярная биология клетки, 4-е издание. Нью-Йорк: наука о гирляндах; Доступно на сайте http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26824/ 20 марта 2013 г.
• Кэмпбелл, Нил А. и Рис, Джейн Б. (2005). Биология , седьмое издание. Пирсон Бенджамин Каммингс.
• Эванс, Т., Розенталь, Э., Янгблом, Дж., Дистел Д. и Хант, Т. (1983). Циклин: белок, определяемый материнской мРНК в яйцах морского ежа, который разрушается при каждом делении расщепления. Cell, 2, 289-386.
• Flemming, W. (1878). Киль. Zur Kenntniss der Zelle und ihrer Theilungs-Erscheinungen. Доступно в Интернете по адресу: http://www.schriften.uni-kiel.de/Band%203/Flemming%20(23-27).pdf 20 марта 2013 г.
• Джексон, Питер К. (2008). Охота на Циклина. Cell, 134, 199-202. http://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/jmsierra/documents/Jackson2008Cell.pdf.
• Pardee, A. (1973). Точка ограничения для контроля пролиферации нормальных клеток животных. Proceedings of the National Academy of Sciences, 71, 1286-1290.
• Рао П. и Джонсон Р. (1970). Слияние клеток млекопитающих: исследования по регулированию синтеза ДНК и митоза. Nature, 224, 159-164.
• Захария, Гельмут. Известные ученые из Киля. Доступно в Интернете по адресу http://www.

  No related posts.