Životni ciklus stanice: interfaza (razdoblje pripreme stanice za diobu) i mitoza (dioba). Stanični ciklus. Priprema stanice za diobu. Izravna i neizravna dioba stanica. Mitoza, biološka suština i značaj mitoze

Cilj: aktualizirati osobni značaj za studente važnost za studente problematike teme koja se proučava, pokazujući biološki značaj mitoze i mejoze

Zadaci:

Stvoriti organizacijske uvjete za poticanje ustrajnosti u postizanju cilja;

Razvijati komunikacijske vještine kroz rad u malim grupama.

Oprema: udžbenik, računalo (s pristupom internetu), multimedijski projektor, CD Open Biology, literatura iz biologije.

Tijekom nastave:

1. Određivanje teme lekcije.

Ažuriranje znanja

Učenici su dobili kartice sa zadatkom: za svaki pojam naznačen u lijevom stupcu odabrati odgovarajuću definiciju iz desnog stupca.

Odgovor: 1 - D, G; 2 - B; 3 - B; 4 - A; 5 - E

3. Učenje novog gradiva

3.1 Učiteljeva priča o mitozi (možete koristiti model mitoze koji je dostupan na disku "Otvorena biologija").

3.2 Samostalni rad studenata.

Pripremite priču o mejozi koristeći bilo koji izvor informacija (udžbenik, literatura, Internet). Dok radite, zapamtite! Drevni rimski govornik Ciceron vjerovao je da ispravno artikulirani govor sadrži odgovore na sedam pitanja: Što? Gdje, Kako?, Kada (pod kojim uvjetima), Što?, Zašto?, Zašto? Naravno, nije uvijek moguće pronaći odgovor na sva pitanja algoritma, ali moramo pokušati odgovoriti na većinu pitanja, a pritom pokušati dobiti relativno povezan tekst (učenici rade u grupama, budući da je broj računala manji). u učionici je ograničen).

Mogući izvori informacija:

K. Wiley Biologija. - M.: Mir, 1966, prijevod s engleskog, - 685 str.: ilustr.

Biologija: Velika referentna knjiga za školsku djecu i sveučilišne kandidate / itd. - 3. izdanje, stereotip. – M.: Bustard, 2000. - 668 str.: ilustr. - (Velike priručne knjige za školsku djecu i kandidate za sveučilišta).

Biologija. Veliki enciklopedijski rječnik / Ch. izd. . - 3. izd. - M.: Velika ruska enciklopedija, 1999. - 864 str. - ilustr., 30 listova. kol. bolestan

Enciklopedija za djecu. T. 2. Biologija / Comp. - 3. izd. revidirano I ekstra. – M.: Avanta+, 1996. – 704 str.: ilustr.

Web stranice:

http://ru. wikipedija. org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D0%B9%D0%BE%D0%B7

http://ru. wikipedija. org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BD%D1%8A%D1%8E%D0%B3%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F

http://ru. wikipedija. org/wiki/%D0%9C%D0%B8%D1%82%D0%BE%D0%B7

http://ru. wikipedija. org/wiki/%D0%96%D0%B8%D0%B7%D0%BD%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D1%86%D0%B8%D0 %BA%D0%BB

http://ru. wikipedija. org/wiki/%D0%9A%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%81%D0%B8%D0%BD%D0%B3%D0%BE%D0%B2%D0%B5%D1 %80

"Otvorena biologija"

3.3 Međusobna provjera zadataka.

4. Odraz

Učenicima su podijeljene kartice. Ispunite tablicu 1

Koristeći rezultate rada usporedite mitozu i mejozu

Razmislite mogu li uvjeti okoliša utjecati na procese mitoze i mejoze? Do kakvih posljedica za tijelo to može dovesti?

Udžbenik je u skladu sa Saveznim državnim obrazovnim standardom za srednje (potpuno) opće obrazovanje, preporučen je od strane Ministarstva obrazovanja i znanosti Ruske Federacije i uključen je u Savezni popis udžbenika.

Udžbenik je namijenjen učenicima 10. razreda i namijenjen je za poučavanje predmeta 1 ili 2 sata tjedno.

Moderan dizajn, višerazinska pitanja i zadaci, dodatne informacije i mogućnost paralelnog rada s elektroničkom aplikacijom doprinose učinkovitoj asimilaciji obrazovnog materijala.

Zapamtiti!

Kako, prema staničnoj teoriji, dolazi do povećanja broja stanica?

Mislite li da je životni vijek različitih vrsta stanica u višestaničnom organizmu isti? Obrazložite svoje mišljenje.

U trenutku rođenja dijete teži prosječno 3-3,5 kg i visoko je oko 50 cm, mladunče smeđeg medvjeda čiji roditelji dosegnu težinu od 200 kg ili više ne teži više od 500 g, a maleni klokan teži manje od 1 g. iz mladunčeta izraste prekrasan labud, okretni punoglavac pretvori se u mirnu žabu krastaču, a iz žira posađenog u blizini kuće izraste golemi hrast koji nakon stotinu godina svojim naraštajima raduje nove. ljepota. Sve te promjene moguće su zahvaljujući sposobnosti organizama da rastu i razvijaju se. Stablo se neće pretvoriti u sjeme, riba se neće vratiti u jaje - procesi rasta i razvoja su nepovratni. Ova dva svojstva žive tvari međusobno su neraskidivo povezana, a temelje se na sposobnosti stanice da se dijeli i specijalizira.

Rast trepetljikaša ili ameba je povećanje veličine i usložnjavanje strukture pojedine stanice uslijed procesa biosinteze. Ali rast višestaničnog organizma nije samo povećanje veličine stanica, već i njihova aktivna dioba - povećanje broja. Brzina rasta, značajke razvoja, veličina do koje određena jedinka može narasti - sve to ovisi o mnogim čimbenicima, uključujući utjecaj okoline. Ali glavni, odlučujući faktor u svim tim procesima je nasljedna informacija, koja je pohranjena u obliku kromosoma u jezgri svake stanice. Sve stanice višestaničnog organizma potječu od jednog oplođenog jajašca. U procesu rasta svaka novonastala stanica mora dobiti točnu kopiju genetskog materijala kako bi se, uz zajednički nasljedni program organizma, specijalizirala i, obavljajući svoju specifičnu funkciju, bila sastavni dio cjeline.

U vezi s diferencijacijom, tj. podjelom na različite vrste, stanice višestaničnog organizma imaju nejednak životni vijek. Na primjer, živčane stanice prestaju se dijeliti još tijekom fetalnog razvoja, a tijekom života organizma njihov se broj može samo smanjivati. Nakon što nastanu, više se ne dijele i žive onoliko dugo koliko tkivo ili organ čiji su dio, stanice koje tvore poprečno-prugasta mišićna tkiva kod životinja i skladišna tkiva kod biljaka. Stanice crvene koštane srži neprestano se dijele kako bi formirale krvne stanice, koje imaju ograničen životni vijek. U procesu obavljanja svojih funkcija, stanice epitela kože brzo umiru, stoga se u zoni rasta epidermisa stanice vrlo intenzivno dijele. Stanice kambija i stanice konusa rasta u biljkama se aktivno dijele. Što je veća specijalizacija stanica, to je manja njihova sposobnost reprodukcije.

U ljudskom tijelu postoji oko 10 14 stanica. Svaki dan umire oko 70 milijardi stanica crijevnog epitela i 2 milijarde eritrocita. Najkraće žive stanice crijevnog epitela, čiji je životni vijek samo 1-2 dana.

Životni ciklus stanice.

Razdoblje života stanice od trenutka njezine pojave u procesu diobe do smrti ili završetka sljedeće diobe nazvao životni ciklus . Stanica nastaje u procesu diobe matične stanice i nestaje tijekom vlastite diobe ili smrti. Trajanje životnog ciklusa u različitim stanicama jako varira i ovisi o vrsti stanice i uvjetima okoline (temperatura, dostupnost kisika i hranjivih tvari). Na primjer, životni ciklus amebe je 36 sati, a bakterije se mogu dijeliti svakih 20 minuta.

Životni ciklus bilo koje stanice je skup događaja koji se odvijaju u stanici od trenutka kada ona nastane kao rezultat diobe do smrti ili smrti koja slijedi. mitoza. Životni ciklus može uključivati ​​mitotski ciklus koji se sastoji od pripreme za mitozu − međufaza i sama dioba, kao i stadij specijalizacije – diferencijacije, tijekom kojeg stanica obavlja svoje specifične funkcije. Trajanje interfaze uvijek je duže od same diobe. U stanicama crijevnog epitela glodavaca interfaza traje prosječno 15 sati, a dioba se odvija za 0,5-1 sat. Tijekom interfaze u stanici se aktivno odvijaju procesi biosinteze, stanica raste, formira organele i priprema se za sljedeću diobu. No, bez sumnje, najvažniji proces koji se događa tijekom interfaze u pripremi za diobu je duplikacija DNA ().

Dvije spirale molekule DNA se razilaze i na svakoj od njih se sintetizira novi polinukleotidni lanac. Reduplikacija DNA događa se s najvećom preciznošću, što je osigurano načelom komplementarnosti. Nove molekule DNA potpuno su identične kopije originala, a nakon završenog procesa umnožavanja ostaju povezane u području centromere. Molekule DNK koje čine kromosoma nakon što se zove reduplikacija kromatide.

Postoji duboko biološko značenje u točnosti procesa reduplikacije: kršenje kopiranja dovelo bi do iskrivljavanja nasljednih informacija i, kao rezultat, do poremećaja u funkcioniranju stanica kćeri i cijelog organizma u cjelini.

Kad ne bi došlo do udvostručenja DNA, tada bi se sa svakom diobom stanice broj kromosoma prepolovio i vrlo brzo u svakoj stanici uopće ne bi ostalo kromosoma. No, znamo da je u svim stanicama tijela višestaničnog organizma broj kromosoma isti i da se ne mijenja iz generacije u generaciju. Ova postojanost postiže se mitotičkom diobom stanica.

Mitoza. Dioba, tijekom koje postoji strogo identična raspodjela točno kopiranih kromosoma između stanica kćeri, čime se osigurava stvaranje genetski identičnih - istih - stanica, naziva se mitoza.

Dijeljenje stanica. Mitoza" class="img-responsive img-thumbnail">

Riža. 57. Faze mitoze

Cijeli proces mitotičke diobe uvjetno se dijeli na četiri faze različitog trajanja: profazu, metafazu, anafazu i telofazu (slika 57).

NA profaza kromosoma početi aktivno spiralizirati - uvijati i dobiti kompaktan oblik. Kao rezultat takvog pakiranja, čitanje informacija iz DNK postaje nemoguće i sinteza RNK se zaustavlja. Spiralizacija kromosoma je preduvjet za uspješno odvajanje genetskog materijala između stanica kćeri. Zamislite neku malu sobu, čiji je cijeli volumen ispunjen sa 46 niti, čija je ukupna duljina stotinama tisuća puta veća od veličine ove sobe. Ovo je jezgra ljudske stanice. U procesu reduplikacije svaki se kromosom udvostručuje, a već imamo 92 zapletene niti u istom volumenu. Gotovo ih je nemoguće jednako podijeliti, a da se ne zabune i ne potrgaju. Ali ove niti namotajte u klupke, pa ih lako rasporedite u dvije jednake grupe - po 46 klupka u svakoj. Nešto slično događa se tijekom mitotske diobe.

Do kraja profaze nuklearna membrana se raspada, a vlakna vretena se rastežu između polova stanice - aparat koji osigurava ravnomjernu raspodjelu kromosoma.

NA metafaza spiralizacija kromosoma postaje maksimalna, a kompaktni kromosomi se nalaze u ekvatorijalnoj ravnini stanice. U ovoj se fazi jasno vidi da se svaki kromosom sastoji od dvije sestrinske kromatide spojene na centromeri. Vlakna vretena pričvršćena su za centromeru.

Anafaza teče vrlo brzo. Centromeri se cijepaju na dva dijela i od tog trenutka sestrinske kromatide postaju neovisni kromosomi. Vretenasta vlakna pričvršćena na centromere vuku kromosome do polova stanice.

Na pozornici telofaza kromosomi kćeri, skupljeni na polovima stanice, odmotavaju se i rastežu. Ponovno se pretvaraju u kromatin i postaju slabo vidljivi u svjetlosnom mikroskopu. Nove nuklearne membrane stvaraju se oko kromosoma na oba pola stanice. Formiraju se dvije jezgre koje sadrže iste diploidne setove kromosoma.

Riža. 58. Dioba citoplazme životinjske (A) i biljne (B) stanice

Mitoza završava diobom citoplazme. Istodobno s divergencijom kromosoma, organele stanice približno su ravnomjerno raspoređene duž dva pola. U životinjskim stanicama stanična membrana počinje se izbočiti prema unutra, a stanica se stezanjem dijeli (slika 58). U biljnim stanicama membrana se formira unutar stanice u ekvatorijalnoj ravnini i, šireći se prema periferiji, dijeli stanicu na dva jednaka dijela.

Značenje mitoze. Kao rezultat mitoze nastaju dvije stanice kćeri koje sadrže isti broj kromosoma kao što je bilo u jezgri stanice majke, tj. nastaju stanice identične matičnoj stanici. U normalnim uvjetima, tijekom mitoze ne dolazi do promjena u genetskim informacijama, pa se mitotička dioba održava genetska stabilnost Stanice. Mitoza je temelj rasta, razvoja i vegetativnog razmnožavanja višestaničnih organizama. Zahvaljujući mitozi provode se procesi regeneracije i zamjene odumrlih stanica (slika 59). Kod jednostaničnih eukariota mitoza osigurava nespolno razmnožavanje.

Riža. 59. Značaj mitoze: A - rast (vrh korijena); B - vegetativno razmnožavanje (pupanje kvasca); B - regeneracija (rep guštera)

Pregledajte pitanja i zadatke

1. Što je životni ciklus stanice?

2. Kako dolazi do duplikacije DNA u mitotskom ciklusu? Objasnite koje je biološko značenje ovog procesa.

3. Što je priprema stanice za mitozu?

4. Opišite redoslijedom faze mitoze.

5. Nacrtajte dijagram koji prikazuje biološki značaj mitoze.

Razmišljati! Izvršiti!

1. Objasnite zašto se završetak mitoze – dioba citoplazme – odvija različito u životinjskim i biljnim stanicama.

2. Stanice kojih biljnih tkiva se aktivno dijele i daju sva druga biljna tkiva?

Rad s računalom

Pogledajte elektroničku prijavu. Proučite gradivo i riješite zadatke.

Interfaza. Faza u kojoj se stanica priprema za diobu naziva se međufaza Podijeljen je na nekoliko razdoblja.

Presintetsko razdoblje(G1) je najdulje razdoblje staničnog ciklusa nakon stanične diobe (mitoze). Broj kromosoma i sadržaj DNK - 2 n 2S. U različitim vrstama stanica razdoblje G1 može trajati od nekoliko sati do nekoliko dana. Tijekom tog razdoblja u stanici se aktivno sintetiziraju proteini, nukleotidi i sve vrste RNA, dijele se mitohondriji i proplastidi (kod biljaka), formiraju se ribosomi i sve jednomembranske organele, povećava se volumen stanice, akumulira energija, pripreme su u tijeku. za reduplikaciju DNK.

Sintetičko razdoblje(S) je najvažnije razdoblje u životu stanice, tijekom kojeg dolazi do duplikacije (reduplikacije) DNA. Trajanje S-periode je od 6 do 10 sati. Istodobno se odvija aktivna sinteza histonskih proteina koji čine kromosome, te njihova migracija u jezgru. Do kraja razdoblja svaki se kromosom sastoji od dvije sestrinske kromatide povezane jedna s drugom na centromeri. Dakle, broj kromosoma se ne mijenja (2 n), a količina DNK se udvostručuje (4 S).

Postsintetsko razdoblje(G2) nastaje nakon završetka duplikacije kromosoma. To je razdoblje pripreme stanice za diobu. Traje 2-6 sati. U to se vrijeme aktivno akumulira energija za nadolazeću podjelu, sintetiziraju se proteini mikrotubula (tubulini) i regulatorni proteini koji pokreću mitozu.

oblici mitoze. U prirodi postoji nekoliko varijanti diobe mitotičkih stanica.

simetrična mitoza. Najčešći oblik mitoze u prirodi, koji rezultira dvjema identičnim stanicama.

asimetrična mitoza. Mitoza, u kojoj postoji neravnomjerna raspodjela citoplazme između stanica kćeri ili neravnomjerna raspodjela posebnih proteina - čimbenika diferencijacije koji određuju daljnju sudbinu stanice nakon diobe.

Zatvorena mitoza . Kod nekih cilijata, algi i gljiva, mitoza se odvija bez razaranja jezgrene membrane. U ovom slučaju fisijsko vreteno može se nalaziti unutar posebnog kanala koji se formira u jezgri. Molekularni mehanizmi zatvorene mitoze još uvijek nisu dobro shvaćeni.

Amitoza. Amitoza, ili izravna dioba, - dioba stanica bez stvaranja diobenog vretena. Interfazna jezgra podijeljena je konstrikcijom na dva dijela. U ovom slučaju ne postoji ravnomjerna raspodjela genetskog materijala između dviju stanica kćeri. Najčešće se amitoza javlja u stanicama visokospecijaliziranih tkiva koje se više ne trebaju dalje dijeliti, tijekom starenja, degeneracije tkiva te u stanicama malignih tumora.

Treba napomenuti da trenutno većina znanstvenika smatra da su svi fenomeni koji se pripisuju amitozi opisi određenih patoloških procesa ili rezultat pogrešne interpretacije nedovoljno pripremljenih mikropreparata. Međutim, neke varijante nuklearne diobe u eukariotskim stanicama ne mogu se pripisati niti mitozi niti mejozi. Takva je, na primjer, dioba makronukleusa mnogih trepetljikaša, koja se događa bez stvaranja fisijskog vretena.

Bilje

Edukativne tkanine. Stanice specijaliziranih biljnih tkiva (pokrovnih, mehaničkih, provodnih) nisu sposobne za diobu. Dakle, u biljci moraju postojati tkiva čija je jedina funkcija stvaranje novih stanica. Samo o njima ovisi mogućnost rasta biljaka. To su obrazovna tkiva ili meristemi (od grčkog. meristos- djeljiv).

Obrazovna tkiva, ili meristemi, sastoje se od malih stanica s velikom jezgrom tankih stijenki koje sadrže proplastide, mitohondrije i male vakuole koje se praktički ne razlikuju pod svjetlosnim mikroskopom. Meristemi osiguravaju rast biljaka i stvaranje svih ostalih vrsta tkiva. Stanice im se dijele mitozom. Nakon svake diobe jedna od sestrinskih stanica zadržava svojstva matične stanice, dok druga ubrzo prestaje s diobom i prelazi u početne faze diferencijacije, formirajući potom stanice određenog tkiva.

Obrazovna tkiva u tijelu biljke nalaze se na različitim mjestima, pa su podijeljena u nekoliko skupina.

Apikalni (apikalni) meristemi. Nalaze se na vrhovima aksijalnih organa - stabljike i korijena, osiguravajući rast ovih organa u duljinu. Kako dolazi do grananja, svaki novi bočni izdanak ili korijen razvija vlastite apikalne meristeme.

Strana (bočno) meristemi. Osigurajte zadebljanje aksijalnih organa. Ovo je kambij, karakterističan za golosjemenjače i dikotiledone biljke, i felogen, koji tvori pokrovno tkivo - pluto ili felemu.

Umetanje (interkalarni) meristemi. Nalaze se u donjem dijelu internodija stabljike žitarica i na dnu mladog lišća, osiguravajući rast ovih organa. Kako prestaje rast dijela lista ili stabljike, interkalarni meristem se pretvara u trajna tkiva.

Jedan od najvažnijih procesa u individualnom razvoju živog organizma je mitoza. U ovom ćemo članku ukratko i jasno pokušati objasniti koji se procesi odvijaju tijekom stanične diobe, te govoriti o biološkom značaju mitoze.

Definicija pojma

Iz udžbenika biologije za 10. razred znamo da je mitoza dioba stanice, uslijed koje iz jedne matične stanice nastaju dvije stanice kćeri s istim skupom kromosoma.

U prijevodu sa starogrčkog jezika, izraz "mitoza" znači "nit". To je poput poveznice između starih i novih stanica, u kojoj je pohranjen genetski kod.

Proces diobe u cjelini počinje od jezgre i završava citoplazmom. Naziva se mitotički ciklus, koji se sastoji od faze mitoze i interfaze. Kao rezultat diobe diploidne somatske stanice nastaju dvije stanice kćeri. Zbog tog procesa dolazi do povećanja broja stanica tkiva.

Faze mitoze

Na temelju morfoloških obilježja proces diobe dijeli se na sljedeće faze:

• Profaza ;

U ovoj fazi jezgra se kondenzira, u njoj se kondenzira kromatin, koji se uvija u spiralu, kromosomi se promatraju pod mikroskopom.

TOP 4 artiklakoji čitaju uz ovo

Pod utjecajem enzima, jezgre i njihove membrane se otapaju, kromosomi su u tom razdoblju nasumično raspoređeni u citoplazmi. Kasnije dolazi do odvajanja centriola na polove, formira se vreteno stanične diobe čije su niti pričvršćene za polove i kromosome.

Ovu fazu karakterizira udvostručenje DNK, ali parovi kromosoma još uvijek se međusobno drže.

Prije stadija profaze biljna stanica ima pripremnu fazu – predprofazu. Što je priprema stanice za mitozu može se razumjeti u ovoj fazi. Karakterizira ga stvaranje preprofaznog prstena, fragmosoma i nukleacije mikrotubula oko jezgre.

• prometafaza ;

U ovoj fazi kromosomi se počinju kretati i kreću prema najbližem polu.

U mnogim se udžbenicima preprofaza i prometofaza nazivaju stadijem profaze.

• metafaza ;

U početnoj fazi kromosomi se nalaze u ekvatorijalnom dijelu vretena, tako da pritisak polova djeluje na njih ravnomjerno. Tijekom ove faze broj vretenastih mikrotubula stalno raste i obnavlja se.

Kromosomi se poredaju u parovima u spiralu duž ekvatora vretena strogim redoslijedom. Kromatide se postupno odvajaju, ali se i dalje drže na nitima vretena.

• Anafaza ;

U ovoj fazi dolazi do izduživanja kromatida, koje se postupno odvajaju prema polovima, kako se niti vretena skupljaju. Formiraju se kromosomi kćeri.

Vremenski, ovo je najkraća faza. Sestrinske kromatide iznenada se odvajaju i pomiču na različite polove.

• Telofaza ;

To je posljednja faza diobe kada se kromosomi izdužuju i u blizini svakog pola nastaje nova jezgrina ovojnica. Niti koje su činile vreteno potpuno su uništene. Tijekom ove faze citoplazma se dijeli.

Završetak posljednje faze podudara se s diobom matične stanice, što se naziva citokineza. O prolasku ovog procesa ovisi koliko će stanica nastati tijekom diobe, mogu biti dvije ili više.

Riža. 1. Faze mitoze

Značenje mitoze

Biološki značaj procesa stanične diobe je neosporan.

• Zahvaljujući njemu moguće je održavati konstantan skup kromosoma.
• Razmnožavanje identične stanice moguće je samo mitozom. Na taj način se zamjenjuju stanice kože, crijevni epitel, crvena krvna zrnca čiji je životni ciklus samo 4 mjeseca.
• Kopiranje, a time i očuvanje genetske informacije.
• Osiguravanje razvoja i rasta stanica, zbog čega se iz jednostanične zigote formira višestanični organizam.
• Uz pomoć takve podjele moguća je regeneracija dijelova tijela kod nekih živih organizama. Na primjer, zrake morske zvijezde su obnovljene.

Riža. 2. Regeneracija morske zvijezde

• Osiguravanje nespolnog razmnožavanja. Na primjer, pupanje hidre, kao i vegetativno razmnožavanje biljaka.

Riža. 3. Hydra Budding

Što smo naučili?

Dioba stanica naziva se mitoza. Zahvaljujući njemu, genetske informacije stanice se kopiraju i pohranjuju. Proces se odvija u nekoliko faza: pripremna faza, profaza, metafaza, anafaza, telofaza. Kao rezultat toga nastaju dvije stanice kćeri koje su potpuno slične izvornoj stanici majci. U prirodi je značenje mitoze veliko jer omogućuje razvoj i rast jednostaničnih i višestaničnih organizama, regeneraciju pojedinih dijelova tijela i nespolno razmnožavanje.

Tematski kviz

Evaluacija izvješća

Prosječna ocjena: 4.6. Ukupno primljenih ocjena: 296.

Životni ciklus stanice

Obrasci postojanja stanica u vremenu

Sposobnost stanice da se razmnožava jedno je od temeljnih svojstava živih bića. Dioba stanica je temelj embriogeneze i regeneracije.

Redovite promjene u strukturnim i funkcionalnim karakteristikama stanice tijekom vremena čine sadržaj životni ciklus stanice (stanični ciklus). Stanični ciklus je razdoblje postojanja stanice od trenutka njenog nastanka diobom matične stanice do vlastite diobe ili smrti.

Važna komponenta staničnog ciklusa je mitotski (proliferativni) ciklus- kompleks međusobno povezanih i vremenski koordiniranih događaja koji se događaju u procesu pripreme stanice za diobu i tijekom same diobe. Osim toga, životni ciklus uključuje period izvođenja ćelije višestanični organizam specifične funkcije kao i razdoblja mirovanja. Tijekom razdoblja mirovanja, neposredna sudbina stanice nije određena: ona može započeti pripremu za mitozu ili započeti specijalizaciju u određenom funkcionalnom smjeru.

Trajanje mitotskog ciklusa za većinu stanica je od 10 do 50 sati.Njegova vrijednost značajno varira: za bakterije je 20-30 minuta, za cipelu 1-2 puta dnevno, za amebu oko 1,5 dana. Trajanje ciklusa regulira se promjenom trajanja svih njegovih razdoblja. Višestanične stanice također imaju različitu sposobnost diobe. U ranoj embriogenezi često se dijele, au odraslom organizmu uglavnom gube tu sposobnost specijalizacijom. Ali čak iu organizmu koji je dostigao puni razvoj, mnoge stanice se moraju podijeliti kako bi zamijenile istrošene stanice koje se neprestano lupaju i, konačno, nove stanice su potrebne za zacjeljivanje rana.

Stoga se u nekim populacijama stanica dioba mora događati tijekom cijelog života. S obzirom na to, sve se stanice mogu podijeliti na tri kategorije:

1. U tijelu viših kralježnjaka ne dijele se sve stanice neprestano. Postoje specijalizirane stanice koje su izgubile sposobnost diobe (neutrofili, bazofili, eozinofili, živčane stanice). Do rođenja djeteta živčane stanice postižu visoko specijalizirano stanje, gube sposobnost diobe.U procesu ontogeneze njihov se broj kontinuirano smanjuje. Ova okolnost ima jednu dobru stranu; ako bi se živčane stanice dijelile, tada bi bile poremećene više živčane funkcije (pamćenje, mišljenje).

2. Druga kategorija stanica također je visoko specijalizirana, ali se zbog svoje stalne deskvamacije zamjenjuju novima, a tu funkciju obavljaju stanice iste linije, ali još nisu specijalizirane i nisu izgubile sposobnost diobe. Te se stanice nazivaju obnavljajuće. Primjer su stanice crijevnog epitela koje se stalno obnavljaju, hematopoetske stanice. Čak se i stanice koštanog tkiva mogu formirati od nespecijaliziranih (to se može primijetiti tijekom reparativne regeneracije prijeloma kostiju). Populacije nespecijaliziranih stanica koje zadržavaju sposobnost diobe obično se nazivaju matičnim stanicama.

3. Treća kategorija stanica je iznimka, kada visoko specijalizirane stanice pod određenim uvjetima mogu ući u mitotski ciklus. Riječ je o stanicama koje karakterizira dug životni vijek i kod kojih nakon potpunog rasta rijetko dolazi do diobe stanica. Primjer su hepatociti. Ali ako se pokusnoj životinji ukloni 2/3 jetre, tada se za manje od dva tjedna ona vraća na prijašnju veličinu. Takve su i stanice žlijezda koje proizvode hormone: u normalnim uvjetima samo ih se nekoliko može razmnožavati, a u izmijenjenim uvjetima većina ih se može početi dijeliti.

Prema dva glavna događaja mitotskog ciklusa razlikuje se reproduktivni i dijeljenje odgovarajuće faze međufaza i mitoza klasična citologija.

U početnom segmentu interfaze (kod eukariota 8-10 sati) (postmitotsko, presintetsko ili G 1 razdoblje) obnavljaju se značajke organizacije interfazne stanice, dovršava se formiranje nukleola koje je počelo u telofazi. Značajna (do 90%) količina proteina ulazi u jezgru iz citoplazme. U citoplazmi, paralelno s reorganizacijom ultrastrukture, intenzivira se sinteza proteina. To doprinosi rastu stanične mase. Ako stanica kći mora ući u sljedeći mitotski ciklus, sinteze postaju usmjerene: stvaraju se kemijski prekursori DNA, enzimi koji kataliziraju reakciju reduplikacije DNA, te se sintetizira protein koji tu reakciju pokreće. Tako se provode procesi pripreme sljedećeg razdoblja međufaze - sintetskog. Stanice imaju diploidni set kromosoma 2n i 2c genetski materijal DNA (genetska formula stanice).

NA sintetički ili S-period (6-10 h) količina nasljednog materijala stanice se udvostručuje. Uz nekoliko izuzetaka reduplikacija(ponekad se dupliciranje DNK naziva izrazom replikacija, napuštanje termina reduplikacija za označavanje udvostručenja kromosoma.) DNA se provodi na polukonzervativan način. Sastoji se od divergencije spirale DNA u dva lanca, nakon čega slijedi sinteza komplementarnog lanca u blizini svakog od njih. Rezultat su dvije identične zavojnice. Molekule DNA koje su komplementarne majčinim formiraju se u zasebnim fragmentima duž duljine kromosoma, štoviše, neistodobno (asinkrono) u različitim dijelovima istog kromosoma, kao iu različitim kromosomima. Zatim paketi (replikacijske jedinice - replikoni) novonastale DNA su "umreženi" u jednu makromolekulu. Postoji preko 50 000 replikona u ljudskoj stanici. Duljina svakog od njih je oko 30 µm. Njihov se broj mijenja u ontogenezi. Značenje replikacije DNA pomoću replikona postaje jasno iz sljedećih usporedbi. Brzina sinteze DNA je 0,5 µm/min. U tom bi slučaju reduplikacija DNA lanca jednog ljudskog kromosoma duljine oko 7 cm trebala trajati oko tri mjeseca. Područja kromosoma u kojima počinje sinteza nazivaju se točke inicijacije. Možda su to mjesta pričvršćivanja interfaznih kromosoma na unutarnju membranu jezgrene ovojnice. Može se pretpostaviti da se DNA pojedinih frakcija, o kojima će biti riječi u nastavku, replicira u strogo definiranoj fazi S-periode. Dakle, većina gena rRNA udvostručuje DNK na početku razdoblja. Reduplikaciju pokreće signal koji iz citoplazme ulazi u jezgru, a čija priroda nije jasna. Sintezi DNA u replikonu prethodi sinteza RNA. U stanici koja je prošla S-period interfaze, kromosomi sadrže dvostruku količinu genetskog materijala. Uz DNA, u sintetskom razdoblju intenzivno se stvaraju RNA i protein, a broj histona je strogo udvostručen.

Otprilike 1% DNA životinjske stanice nalazi se u mitohondrijima. Neznatan dio mitohondrijske DNA replicira se u sintetskom razdoblju, dok se glavni dio replicira u postsintetskom razdoblju interfaze. Istodobno, poznato je da je životni vijek mitohondrija u stanicama jetre, primjerice, 10 dana. S obzirom da se hepatociti rijetko dijele u normalnim uvjetima, treba pretpostaviti da do reduplikacije mitohondrijske DNA može doći bez obzira na faze mitotskog ciklusa. Svaki kromosom se sastoji od dvije sestrinske kromatide ( 2n), sadrži DNK 4c.

Vremenski interval od kraja sintetskog razdoblja do početka mitoze traje postsintetski (premitotski), ili G 2 - točka međufaza ( 2n i 4c) (3-6 sati). Karakterizira ga intenzivna sinteza RNK, a posebno proteina. Udvostručenje mase citoplazme je završeno u usporedbi s početkom interfaze. To je neophodno kako bi stanica ušla u mitozu. Dio nastalih proteina (tubulina) se u budućnosti koristi za izgradnju mikrotubula fisijskog vretena. Sintetička i postsintetička razdoblja izravno su povezana s mitozom. To vam omogućuje da ih istaknete u posebnom razdoblju međufaze - predprofaza.

postojati tri vrste stanične diobe: mitoza, amitoza, mejoza.