Ciclo de vida celular: interfase (el período de preparación de la célula para la división) y mitosis (división). División celular

3.4. CICLO CELULAR

Se produce un aumento en el número de células al dividir la celda original. La división celular suele ir precedida de la reduplicación del aparato cromosómico y la síntesis de ADN.

El tiempo que una célula existe desde la división hasta la siguiente división o muerte se llama ciclo (de vida) celular.

Durante la vida, las células crecen, se diferencian, realizan determinadas funciones, se multiplican y mueren.

En el ciclo celular se puede distinguir el ciclo mitótico, que incluye la preparación de las células para la división y la división misma. Hay períodos en el ciclo de vida en los que las células realizan determinadas funciones (Fig. 53).

Arroz. 53. Esquema de la relación entre el ciclo mitótico y el ciclo de vida de la célula (de Tsanev y Markov, 1964). El círculo interior representa el ciclo de reproducción celular, que comienza la preparación para un nuevo ciclo mitótico inmediatamente después de completarse la división. Se muestra un posible resultado del ciclo mitótico; a - formación de dos nuevas células (hijas); b - división del núcleo sin división del cuerpo celular - la formación de una célula multinucleada; c - la mitosis ocurre solo hasta la etapa de metafase sin divergencia cromosómica - poliploidía; d - reduplicación del ADN y aumento de masa celular sin entrar en mitosis - politenia. El círculo exterior muestra una celda diferenciadora con posibles resultados diferenciación. 1 - muerte celular, 2 - especialización final con pérdida de la capacidad de la célula para realizar división mitótica, 3 - entrada celular en el ciclo de división sin desdiferenciación, 4 - desdiferenciación seguida de entrada celular en el ciclo mitótico. 2c y 4c: cantidad de ADN diploide y tetraploide, 2n y 4n: conjunto de cromosomas diploide y tetraploide.

En el cuerpo de los vertebrados superiores, no todas las células se dividen constantemente. Hay células especializadas que han perdido la capacidad de dividirse (neutrófilos, basófilos, eosinófilos, células nerviosas). Otras células son capaces de dividirse constantemente. Se encuentran en los tejidos renovadores (epiteliales), en órganos hematopoyéticos. Por ejemplo, células epiteliales, células hematopoyéticas. médula ósea Puede dividirse constantemente, reemplazando a los muertos.

Muchas células que no se reproducen en condiciones normales, comienzan a dividirse en el proceso de recuperación después del daño orgánico y la regeneración reparadora de órganos y tejidos.

Las células del ciclo celular contienen cantidad diferente ADN, dependiendo de la etapa de este ciclo.

Las células germinales masculinas y femeninas tienen un conjunto haploide de cromosomas (n) y una cantidad de ADN (c). Durante la fertilización, se produce la fusión de estas células, lo que da como resultado la formación de una célula diploide con un juego de cromosomas 2n y una cantidad de ADN 4c.

La duplicación del ADN ocurre durante el período sintético de la interfase. Las células comienzan a dividirse sólo después de este período.

3.4.1. PREPARANDO UNA CÉLULA PARA LA DIVISIÓN

En el ciclo celular, se puede distinguir la mitosis en sí y la interfase, que incluye el período presintético (postmitótico) - G 1, el período sintético (S) y el período postsintético (premitótico) - G 2 (Fig. 54).

Arroz. 54. Ciclo mitótico célula diploide(esquema). G 0 - período de vida celular sin procesos de preparación para la división; G 1 - período presintético (postmitótico). Mitosis: P - profase; M - metafase, A - anafase, T - telofase; n - conjunto haploide de cromosomas; 2n - conjunto diploide de cromosomas; 4n - conjunto de cromosomas tetroides; c es la cantidad de ADN correspondiente al conjunto haploide de cromosomas. Fuera del círculo, se muestran esquemáticamente los cambios en los cromosomas. diferentes periodos ciclo de vida celular.

La preparación celular para la división ocurre en la interfase. El período presintético de interfase es el más largo. En eucariotas puede durar desde 10 horas hasta varios días (Fig. 55).

Arroz. 55. Ciclo celular en eucariotas.

En el período presintético (G 1), que ocurre inmediatamente después de la división, las células tienen un conjunto diploide (2n) de cromosomas y material genético de ADN 2c. Durante este período comienza el crecimiento celular, la síntesis de proteínas y ARN. Las células se están preparando para la síntesis de ADN (período S). Aumenta la actividad de las enzimas implicadas en el metabolismo energético (Fig. 56).

Arroz. 56. Replicación del ADN y cromosomas. 1 - La doble hélice se desenrolla y los pares de bases son separados por la enzima ADN helicasa. 2 - Los nucleótidos se ubican opuestos a sus nucleótidos complementarios (A - T, G - C) en la cadena plantilla de ADN, se crean enlaces de hidrógeno y los nucleótidos se unen covalentemente utilizando la enzima ADN polimerasa. 3 - Se sintetizan dos cadenas hijas de ADN. diferentes caminos- uno se crea inmediatamente como una cadena continua y el otro se sintetiza en secciones cortas, que luego se unen mediante la ADN ligasa. 4 - Entrada nucleótidos libres para crear nuevas moléculas de ADN a lo largo de la plantilla de ADN desenrollada. 5 - Cada copia de la doble hélice del ADN está formada por una cadena madre y una hija, proceso llamado replicación semiconservativa.

En el período S (sintético), se produce la replicación de moléculas de ADN y la síntesis de proteínas: histonas, con las que está conectada cada hebra de ADN. La síntesis de ARN aumenta según la cantidad de ADN. Durante la replicación, dos hélices de la molécula de ADN se desenrollan, se rompen los enlaces de hidrógeno y cada una se convierte en una plantilla para la reproducción de nuevas cadenas de ADN. La síntesis de nuevas moléculas de ADN se realiza con la participación de enzimas. Cada una de las dos moléculas hijas incluye necesariamente una hélice antigua y una nueva. Las nuevas moléculas son idénticas a las antiguas. Este tipo de replicación se llama semiconservador. En el período S comienza la duplicación de los centríolos.

Cada cromosoma consta de dos cromátidas hermanas y contiene ADN 4c. El número de cromosomas no cambia (2n).

La duración de la síntesis de ADN, el período S del ciclo mitótico, dura de 6 a 12 horas en los mamíferos.

En el período postsintético (G 2), se produce la síntesis de ARN, se acumula la energía ATP necesaria para la división celular, se completa la duplicación de centriolos, mitocondrias y plastidios, se sintetizan las proteínas a partir de las cuales se construye el huso de acromatina y termina el crecimiento celular. Ni el contenido de ADN (4c) ni el número de cromosomas (2n) cambian (Fig. 57).

Arroz. 57. Ciclo centrosomal. En una célula en interfase, el centrosoma se duplica para formar los dos polos del huso mitótico. En la mayoría de las células animales (pero no vegetales), un par de centriolos (que se muestran como un par de segmentos negros cortos) están incrustados en el material del centrosoma (coloreado), a partir del cual crecen los microtúbulos. EN cierto momento fase G 1 dos centríolos divergen varias micras. Durante la fase S, un centríolo hijo comienza a formarse cerca de cada centríolo antiguo en ángulo recto con respecto a él. El crecimiento de los centriolos hijos suele terminar en la fase G2. Inicialmente, ambos pares de centriolos permanecen incrustados en una sola masa de material centrosomal, formando un centrosoma. EN fase temprana Cada par de centriolos pasa a formar parte de un centro organizador de microtúbulos separado, desde el cual se extiende un haz radial de microtúbulos: una estrella. Las dos estrellas que originalmente se encontraban una al lado de la otra cerca de la capa nuclear, ahora se están alejando una de la otra. En la profase tardía, los haces de microtúbulos polares que pertenecen a las dos estrellas y que interactúan entre sí se alargan selectivamente a medida que los dos centros divergen en los dos lados del núcleo. De esta forma se forma rápidamente el huso mitótico.

La duración de este período es de 3 a 6 horas. Duración ciclo celular diferente para diferentes células, pero constante para un tejido determinado.

Por ejemplo, en la cultura Células cancerígenas En humanos, la duración del período G 1 es de 8,5 horas, S - 6,2 horas, G 2 - 4,6 horas. La duración de la mitosis es de 0,6 horas. El ciclo celular completo dura 19,9 horas.

Preparar una célula para la división.

La capacidad de una célula para reproducirse es una de las propiedades fundamentales de los seres vivos. La división celular es la base de la embriogénesis y la regeneración.

Los cambios regulares en las características estructurales y funcionales de una célula a lo largo del tiempo constituyen el contenido ciclo de vida celular (ciclo celular). El ciclo celular es el período de existencia de una célula desde el momento de su formación por división de la célula madre hasta su propia división o muerte.

Un componente importante el ciclo celular es ciclo mitótico (proliferativo)- un complejo de eventos interconectados y coordinados en el tiempo que ocurren en el proceso de preparación de una célula para la división y durante la división misma. Además, en ciclo vital encender período de ejecución celular organismo multicelular funciones específicas, así como periodos de descanso. Durante los períodos de descanso, el destino inmediato de la célula no está determinado: puede comenzar a prepararse para la mitosis o comenzar a especializarse en una determinada dirección funcional.

La duración del ciclo mitótico para la mayoría de las células es de 10 a 50 horas y varía significativamente: para las bacterias es de 20 a 30 minutos, para una zapatilla 1 o 2 veces al día y para una ameba aproximadamente 1,5 días. La duración del ciclo se regula cambiando la duración de todos sus períodos. Las células multicelulares también tienen diferentes capacidades para dividirse. En la embriogénesis temprana se dividen con frecuencia y en el cuerpo adulto pierden en su mayoría esta capacidad a medida que se especializan. Pero incluso en un organismo que ha alcanzado su pleno desarrollo, muchas células deben dividirse para reemplazar las células desgastadas que se desprenden constantemente y, finalmente, se necesitan nuevas células para curar las heridas.

Por lo tanto, en algunas poblaciones de células, las divisiones deben ocurrir a lo largo de la vida. Teniendo esto en cuenta, todas las células se pueden dividir en tres categorías:

1. En el cuerpo de los vertebrados superiores, no todas las células se dividen constantemente. Hay células especializadas que han perdido la capacidad de dividirse (neutrófilos, basófilos, eosinófilos, células nerviosas). Cuando nace un niño, las células nerviosas alcanzan un estado altamente especializado, perdiendo la capacidad de dividirse y durante la ontogénesis su número disminuye continuamente. Esta circunstancia también tiene una buen lado; si las células nerviosas se dividen, entonces mayor funciones nerviosas(memoria, pensamiento) se verían afectados.

2. Otra categoría de células también está altamente especializada, pero debido a su constante exfoliación, son reemplazadas por otras nuevas y esta función la realizan células de la misma línea, pero aún no especializadas y no han perdido la capacidad de dividirse. Estas células se llaman células renovadoras. Un ejemplo son las células constantemente renovadas del epitelio intestinal, las células hematopoyéticas. Incluso las células tejido óseo capaz de formarse a partir de no especializados (esto se puede observar durante la regeneración reparadora fracturas de hueso). Las poblaciones de células no especializadas que conservan la capacidad de dividirse suelen denominarse células madre.

3. La tercera categoría de células es una excepción, cuando células altamente especializadas, bajo ciertas condiciones, pueden ingresar al ciclo mitótico. Se trata de sobre células que tienen una larga vida útil y donde la división celular rara vez ocurre después del crecimiento completo. Un ejemplo son los hepatocitos. Pero si se extraen 2/3 del hígado de un animal de experimentación, en menos de dos semanas recupera su tamaño anterior. Lo mismo son las células de las glándulas que producen hormonas: en condiciones normales sólo unos pocos de ellos son capaces de reproducirse y, en condiciones alteradas, la mayoría de ellos pueden comenzar a dividirse.

Con base en los dos eventos principales del ciclo mitótico, se distingue reproductivo Y divisor fases correspondientes interfase Y mitosis citología clásica.

EN segmento inicial interfase (en eucariotas 8-10 horas) (período posmitótico, presintético o G 1) Se restauran las características organizativas de la célula en interfase y se completa la formación del nucleolo, que comenzó en la telofase. Una cantidad significativa (hasta un 90%) de proteína ingresa al núcleo desde el citoplasma. En el citoplasma, paralelamente a la reorganización de la ultraestructura, se intensifica la síntesis de proteínas. Esto promueve el crecimiento de la masa celular. Si la célula hija va a entrar en el siguiente ciclo mitótico, la síntesis se vuelve dirigida: se forman precursores químicos del ADN, enzimas que catalizan la reacción de reduplicación del ADN y se sintetiza una proteína que inicia esta reacción. Así, los procesos de preparación se llevan a cabo. siguiente periodo interfase - sintética. Las células tienen un conjunto diploide de cromosomas. 2n y 2c material genético ADN (fórmula genética de la célula).

EN sintético o Período S (6-10 h) la cantidad de material hereditario en la célula se duplica. Con pocas excepciones reduplicación(La duplicación del ADN a veces se denomina replicación, término de salida reduplicación para denotar la duplicación de los cromosomas). El ADN se lleva a cabo de forma semiconservadora. Consiste en la divergencia de una bobina de ADN en dos cadenas, seguida de la síntesis de una cadena complementaria cerca de cada una de ellas. Como resultado, aparecen dos bobinas idénticas. Las moléculas de ADN, complementarias a las maternas, se forman en fragmentos separados a lo largo del cromosoma, y ​​no simultáneamente (asincrónicamente) en Diferentes areas un cromosoma, así como en diferentes cromosomas. Luego secciones (unidades de replicación - replicones) El ADN recién formado se "cose" en una macromolécula. Una célula humana contiene más de 50.000 replicones. La longitud de cada uno de ellos es de unas 30 micras. Su número cambia durante la ontogénesis. El significado de la reduplicación del ADN mediante replicones queda claro a partir de las siguientes comparaciones. La velocidad de síntesis de ADN es de 0,5 µm/min. En este caso, la reduplicación de una cadena de ADN de un cromosoma humano de unos 7 cm de largo tardaría unos tres meses. Las regiones de los cromosomas donde comienza la síntesis se llaman puntos de iniciación. Quizás sean los sitios de unión de los cromosomas en interfase a la membrana interna de la membrana nuclear. Se podría pensar que el ADN de fracciones individuales, que se analizarán más adelante, se duplica en una fase estrictamente definida del período S. Por tanto, la mayoría de los genes de ARNr duplican el ADN al comienzo del período. La reduplicación se desencadena mediante una señal que ingresa al núcleo desde el citoplasma, cuya naturaleza no está clara. La síntesis de ADN en un replicón está precedida por la síntesis de ARN. En una jaula, pasado período S En la interfase, los cromosomas contienen el doble de material genético. Junto con el ADN, durante el período de síntesis se forman intensamente ARN y proteínas, y el número de histonas se duplica estrictamente.

Aproximadamente 1% de ADN célula animal ubicado en las mitocondrias. Una pequeña parte del ADN mitocondrial se reduplica en el período sintético, mientras que la parte principal se reduplica en el período postsintético de la interfase. Al mismo tiempo, se sabe que la vida útil de las mitocondrias en las células del hígado, por ejemplo, es de 10 días. Teniendo en cuenta que en condiciones normales los hepatocitos rara vez se dividen, se debe suponer que la reduplicación del ADN mitocondrial puede ocurrir independientemente de las etapas del ciclo mitótico. Cada cromosoma consta de dos cromátidas hermanas ( 2n), contiene ADN 4c.

El período de tiempo desde el final del período sintético hasta el comienzo de la mitosis es postsintético (premitótico), o G 2 -período interfase ( 2n y 4c) (3-6 horas). Se caracteriza por una intensa síntesis de ARN y especialmente de proteínas. Se completa la duplicación de la masa del citoplasma en comparación con el inicio de la interfase. Esto es necesario para que la célula entre en mitosis. Algunas de las proteínas producidas (tubulinas) se utilizan posteriormente para formar microtúbulos del huso. Los períodos sintético y postsintético están directamente relacionados con la mitosis. Esto nos permite aislarlos durante un período especial de interfase. preprofase.

Existir tres formas de división celular: mitosis, amitosis, meiosis.

ciclo de vida celular

Patrones de existencia celular a lo largo del tiempo.

La capacidad de una célula para reproducirse es una de las propiedades fundamentales de los seres vivos. La división celular es la base de la embriogénesis y la regeneración.

Los cambios regulares en las características estructurales y funcionales de una célula a lo largo del tiempo constituyen el contenido ciclo de vida celular (ciclo celular). El ciclo celular es el período de existencia de la célula desde el momento de su formación pasando por la división de la célula madre hasta su propia división o muerte.

Un componente importante del ciclo celular es ciclo mitótico (proliferativo)- un complejo de eventos interconectados y coordinados en el tiempo que ocurren en el proceso de preparación de una célula para la división y durante la división misma. Al mismo tiempo, el ciclo de vida incluye período de ejecución celular organismo multicelular funciones específicas, así como periodos de descanso. Durante los períodos de descanso, el destino inmediato de la célula no está determinado: puede comenzar a prepararse para la mitosis o comenzar a especializarse en una determinada dirección funcional.

La duración del ciclo mitótico para la mayoría de las células es de 10 a 50 horas y varía significativamente: para las bacterias es de 20 a 30 minutos, para una zapatilla 1 o 2 veces al día y para una ameba aproximadamente 1,5 días. La duración del ciclo se regula cambiando la duración de todos sus períodos. Las células multicelulares también tienen diferentes capacidades para dividirse. En la embriogénesis temprana se dividen con frecuencia y en el cuerpo adulto pierden en su mayoría esta capacidad a medida que se especializan. Pero incluso en un organismo que ha alcanzado su pleno desarrollo, muchas células deben dividirse para reemplazar las células desgastadas que se desprenden constantemente y, finalmente, se necesitan nuevas células para curar las heridas.

En consecuencia, en algunas poblaciones de células las divisiones deben ocurrir a lo largo de la vida. Teniendo esto en cuenta, todas las células se pueden dividir en tres categorías:

1. En el cuerpo de los vertebrados superiores, no todas las células se dividen constantemente. Hay células especializadas que han perdido la capacidad de dividirse (neutrófilos, basófilos, eosinófilos, células nerviosas). Cuando nace un niño, las células nerviosas alcanzan un estado altamente especializado, perdiendo la capacidad de dividirse y durante el proceso de ontogénesis, su número disminuye continuamente. Esta circunstancia también tiene un lado bueno; Si las células nerviosas se dividieran, se alterarían las funciones nerviosas superiores (memoria, pensamiento).

2. Otra categoría de células también está altamente especializada, pero debido a su constante exfoliación, son reemplazadas por otras nuevas y esta función la realizan células de la misma línea, pero aún no especializadas y no han perdido la capacidad de dividirse. Estas células se llaman células renovadoras. Un ejemplo son las células constantemente renovadas del epitelio intestinal, las células hematopoyéticas. Incluso se pueden formar células de tejido óseo a partir de células no especializadas (esto se puede observar durante la regeneración reparadora de fracturas óseas). Las poblaciones de células no especializadas que conservan la capacidad de dividirse suelen denominarse células madre.

3. La tercera categoría de células es una excepción, cuando células altamente especializadas, bajo ciertas condiciones, pueden ingresar al ciclo mitótico. Estamos hablando de células que tienen una larga vida útil y donde rara vez se produce la división celular después de un crecimiento completo. Un ejemplo son los hepatocitos. Pero si se extraen 2/3 del hígado de un animal de experimentación, en menos de dos semanas recupera su tamaño anterior. Las células de las glándulas que producen hormonas son las mismas: en condiciones normales, solo unas pocas pueden reproducirse y, en condiciones modificadas, la mayoría puede comenzar a dividirse.

Con base en los dos eventos principales del ciclo mitótico, se distingue reproductivo Y divisor fases correspondientes interfase Y mitosis citología clásica.

Durante el período inicial de interfase (en eucariotas 8-10 horas) (período posmitótico, presintético o G 1) Se restauran las características organizativas de la célula en interfase y se completa la formación del nucleolo, que comenzó en la telofase. Una cantidad significativa (hasta un 90%) de proteína ingresa al núcleo desde el citoplasma. En el citoplasma, paralelamente a la reorganización de la ultraestructura, se intensifica la síntesis de proteínas. Esto promueve el crecimiento de la masa celular. Si la célula hija está a punto de entrar en el siguiente ciclo mitótico, la síntesis se vuelve dirigida: se forman precursores químicos del ADN, enzimas que catalizan la reacción de reduplicación del ADN y se sintetiza una proteína que inicia esta reacción. Sin embargo, se están llevando a cabo los procesos de preparación para el próximo período de interfase, el sintético. Las células tienen un conjunto diploide de cromosomas. 2n y 2c material genético ADN (fórmula genética de la célula).

EN sintético o Período S (6-10 h) la cantidad de material hereditario en la célula se duplica. Con pocas excepciones reduplicación(La duplicación del ADN a veces se denomina replicación, término de salida reduplicación para denotar la duplicación de los cromosomas). El ADN se lleva a cabo de forma semiconservadora. Consiste en la divergencia de una bobina de ADN en dos cadenas, seguida de la síntesis de una cadena complementaria cerca de cada una de ellas. Como resultado, aparecen dos bobinas idénticas. Las moléculas de ADN, complementarias a las maternas, se forman en fragmentos separados a lo largo del cromosoma, y ​​no simultáneamente (asincrónicamente) en diferentes partes del mismo cromosoma, así como en diferentes cromosomas. Luego secciones (unidades de replicación - replicones) El ADN recién formado se "cose" en una macromolécula. Una célula humana contiene más de 50.000 replicones. La longitud de cada uno de ellos es de unas 30 micras. Su número cambia durante la ontogénesis. El significado de la reduplicación del ADN mediante replicones queda claro a partir de las siguientes comparaciones. La velocidad de síntesis de ADN es de 0,5 µm/min. En este caso, la reduplicación de una cadena de ADN de un cromosoma humano de unos 7 cm de largo tardaría unos tres meses. Las regiones de los cromosomas donde comienza la síntesis se llaman puntos de iniciación. Quizás sean los sitios de unión de los cromosomas en interfase a la membrana interna de la membrana nuclear. Se podría pensar que el ADN de fracciones individuales, que se analizarán más adelante, se duplica en una fase estrictamente definida del período S. Por tanto, la mayoría de los genes de ARNr duplican el ADN al comienzo del período. La reduplicación se desencadena mediante una señal que ingresa al núcleo desde el citoplasma, cuya naturaleza no está clara. La síntesis de ADN en un replicón está precedida por la síntesis de ARN. En una célula que ha pasado por el período S de interfase, los cromosomas contienen el doble de material genético. Junto con el ADN, durante el período de síntesis se forman intensamente ARN y proteínas, y el número de histonas se duplica estrictamente.

Aproximadamente el 1% del ADN de una célula animal se encuentra en las mitocondrias. Una pequeña parte del ADN mitocondrial se reduplica en el período sintético, mientras que la parte principal se reduplica en el período postsintético de la interfase. Al mismo tiempo, se sabe que la vida útil de las mitocondrias en las células del hígado, por ejemplo, es de 10 días. Teniendo en cuenta que en condiciones normales los hepatocitos rara vez se dividen, se debe suponer que la reduplicación del ADN mitocondrial puede ocurrir independientemente de las etapas del ciclo mitótico. Cada cromosoma consta de dos cromátidas hermanas ( 2n), contiene ADN 4c.

El período de tiempo desde el final del período sintético hasta el comienzo de la mitosis es postsintético (premitótico), o G 2 -período interfase ( 2n y 4c) (3-6 horas). Se caracteriza por una intensa síntesis de ARN y especialmente de proteínas. Se completa la duplicación de la masa del citoplasma en comparación con el inicio de la interfase. Esto es extremadamente importante para que la célula entre en mitosis. Algunas de las proteínas producidas (tubulinas) se utilizan posteriormente para formar microtúbulos del huso. Los períodos sintético y postsintético están directamente relacionados con la mitosis. Esto nos permite aislarlos durante un período especial de interfase. preprofase.

Existir tres formas de división celular: mitosis, amitosis, meiosis.

¡Recordar!

¿Cómo, según teoría celular, ¿hay un aumento en el número de células?

Las nuevas células hijas se forman al dividir la célula madre, por lo que el proceso de reproducción de un organismo es de naturaleza celular.

¿Crees que la esperanza de vida es la misma? diferentes tipos¿Células de un organismo multicelular? Justifica tu opinión.

No, la duración depende de la estructura y funciones desempeñadas.

Revisar preguntas y tareas

1. ¿Cuál es el ciclo de vida de una célula?

El ciclo de vida celular o celular es la vida de una célula desde su aparición hasta su división o muerte. El ciclo celular se divide convencionalmente en dos períodos: una interfase larga y una división relativamente corta.

2. ¿Cómo ocurre la duplicación del ADN en el ciclo mitótico? Explique el significado biológico de este proceso.

La duplicación del ADN ocurre en la fase sintética de la interfase. Cada molécula de ADN se convierte en dos moléculas hijas de ADN idénticas. Esto es necesario para que durante la división celular cada célula hija reciba su propia copia de ADN. La enzima ADN helicasa rompe los enlaces de hidrógeno entre las bases nitrogenadas, la doble hebra de ADN se desenrolla en dos hebras simples. Luego, la enzima ADN polimerasa completa cada hebra en una doble hebra según el principio de complementariedad. Cada ADN hijo contiene una cadena del ADN materno y otra recién sintetizada; este es el principio del semiconservadurismo. Según el principio de antiparalelismo, las cadenas de ADN se encuentran en extremos opuestos entre sí. El ADN solo puede extenderse en el extremo de 3", por lo que en cada bifurcación de replicación solo se sintetiza continuamente una de las dos hebras. La segunda hebra (rezagada) crece en la dirección de 5" con la ayuda de fragmentos cortos de Okazaki (100-200 nucleótidos). , cada uno de los cuales crece en la dirección de 3", y luego, con la ayuda de la enzima ADN ligasa, se une a la cadena anterior. La velocidad de replicación en eucariotas es de 50 a 100 nucleótidos por segundo. Cada cromosoma tiene muchos orígenes de replicación, de cada uno de cuales 2 bifurcaciones de replicación divergen, debido a que toda esta replicación demora aproximadamente una hora. La duplicación del ADN se llama proceso difícil su autorreproducción. Gracias a la propiedad de las moléculas de ADN de autodoblarse, la reproducción es posible, así como la transmisión de la herencia de un organismo a su descendencia, porque en la información genética de los organismos están codificados datos completos sobre la estructura y el funcionamiento. El ADN es la base del material hereditario de la mayoría de los microorganismos y macroorganismos. Nombre correcto el proceso de duplicación del ADN - replicación (reduplicación).

3. ¿Cuál es la preparación de una célula para la mitosis?

La etapa de preparación celular para la división se llama interfase. Se divide en varios períodos. El período presintético (G1) es el período más largo del ciclo celular y ocurre después de la división celular (mitosis). Número de cromosomas y

Contenido de ADN - 2n2c. Ud. diferentes tipos células, el período G1 puede durar desde varias horas hasta varios días. Durante este período, las proteínas, los nucleótidos y todo tipo de ARN se sintetizan activamente en la célula, las mitocondrias y los proplastidios (en las plantas) se dividen, se forman ribosomas y todos los orgánulos de una sola membrana, el volumen de la célula aumenta, se acumula energía. y los preparativos para la replicación del ADN están en marcha. El período sintético (S) es el período más importante en la vida de una célula, durante el cual se produce la duplicación (reduplicación) del ADN. La duración del período S es de 6 a 10 horas. Al mismo tiempo, se produce una síntesis activa de proteínas histonas que forman los cromosomas y su migración al núcleo. Al final del período, cada cromosoma consta de dos cromátidas hermanas conectadas entre sí en el centrómero. Así, el número de cromosomas no cambia (2n), pero la cantidad de ADN se duplica (4c). El período postsintético (G2) ocurre después de completarse la duplicación cromosómica. Este es el período de preparación de la célula para la división. Tiene una duración de 2 a 6 horas. En este momento, se acumula activamente energía para la próxima división, se sintetizan proteínas de microtúbulos (tubulinas) y proteínas reguladoras que desencadenan la mitosis.

4. Describe las fases de la mitosis en secuencia.

El proceso de mitosis suele dividirse en cuatro fases principales: profase, metafase, anafase y telofase. Dado que es continuo, el cambio de fases se realiza sin problemas: una pasa imperceptiblemente a la otra. En la profase, el volumen del núcleo aumenta y, debido a la espiralización de la cromatina, se forman los cromosomas. Al final de la profase, queda claro que cada cromosoma consta de dos cromátidas. Los nucléolos y la membrana nuclear se disuelven gradualmente y los cromosomas aparecen ubicados aleatoriamente en el citoplasma de la célula. Los centríolos divergen hacia los polos de la célula. Se forma un huso de fisión de acromatina, algunos de cuyos hilos van de polo a polo y otros están unidos a los centrómeros de los cromosomas. El contenido de material genético en la célula permanece sin cambios (2n4c). En la metafase, los cromosomas alcanzan la máxima espiralización y se disponen de forma ordenada en el ecuador de la célula, por lo que son contados y estudiados durante este periodo. El contenido del material genético no cambia (2n4c). En la anafase, cada cromosoma se "divide" en dos cromátidas, que luego se denominan cromosomas hijos. Las hebras del huso unidas a los centrómeros se contraen y tiran de las cromátidas (cromosomas hijos) hacia los polos opuestos de la célula. El contenido de material genético en la célula en cada polo está representado por un conjunto diploide de cromosomas, pero cada cromosoma contiene una cromátida (4n4c). En la telofase, los cromosomas ubicados en los polos se enrollan y se vuelven poco visibles. Alrededor de los cromosomas en cada polo, se forma una membrana nuclear a partir de estructuras de membrana del citoplasma y se forman nucléolos en los núcleos. El huso de fisión se destruye. Al mismo tiempo, el citoplasma se divide. Las células hijas tienen un conjunto diploide de cromosomas, cada uno de los cuales consta de una cromátida (2n2c).

Consiste en que la mitosis asegura la transmisión hereditaria de características y propiedades en varias generaciones de células durante el desarrollo de un organismo multicelular. Gracias a la precisión y distribución uniforme Cromosomas Durante la mitosis, todas las células de un solo organismo son genéticamente idénticas. División mitótica Las células son la base de todas las formas de reproducción asexual tanto en organismos unicelulares como multicelulares. La mitosis determina los fenómenos más importantes de la vida: crecimiento, desarrollo y restauración de tejidos y órganos y reproducción asexual organismos.

¡Pensar! ¡Recordar!

1. Explique por qué la finalización de la mitosis (la división del citoplasma) ocurre de manera diferente en las células animales y vegetales.

Dado que en organismos vegetales y animales. diferentes celdas y tejidos. Por ejemplo, las células de tejidos vegetales especializados (tegumentarios, mecánicos, conductores) no son capaces de dividirse. Por tanto, la planta debe disponer de tejidos cuya única función sea la formación de nuevas células. La posibilidad de crecimiento de las plantas depende únicamente de ellos. Estos son tejidos educativos o meristemas (del griego meristos - divisible).

2. ¿Qué células de tejido vegetal se dividen activamente y dan origen a todos los demás tejidos vegetales?

Los tejidos educativos, o meristemas, consisten en pequeñas células de núcleo grande, de paredes delgadas, que contienen proplastidios, mitocondrias y pequeñas vacuolas, prácticamente indistinguibles bajo un microscopio óptico. Los meristemas aseguran el crecimiento de las plantas y la formación de todos los demás tipos de tejidos. Sus células se dividen por mitosis. Después de cada división, una de las células hermanas conserva las propiedades de la madre, mientras que la otra pronto deja de dividirse y comienza fases iniciales diferenciación, formando aún más células de un determinado tejido.

ciclo de vida celular

Patrones de existencia celular a lo largo del tiempo.

La capacidad de una célula para reproducirse es una de las propiedades fundamentales de los seres vivos. La división celular es la base de la embriogénesis y la regeneración.

Los cambios regulares en las características estructurales y funcionales de una célula a lo largo del tiempo constituyen el contenido ciclo de vida celular (ciclo celular). El ciclo celular es el período de existencia de una célula desde el momento de su formación por división de la célula madre hasta su propia división o muerte.

Un componente importante del ciclo celular es ciclo mitótico (proliferativo)- un complejo de eventos interconectados y coordinados en el tiempo que ocurren en el proceso de preparación de una célula para la división y durante la división misma. Además, el ciclo de vida incluye período de ejecución celular organismo multicelular funciones específicas, así como periodos de descanso. Durante los períodos de descanso, el destino inmediato de la célula no está determinado: puede comenzar a prepararse para la mitosis o comenzar a especializarse en una determinada dirección funcional.

La duración del ciclo mitótico para la mayoría de las células es de 10 a 50 horas y varía significativamente: para las bacterias es de 20 a 30 minutos, para una zapatilla 1 o 2 veces al día y para una ameba aproximadamente 1,5 días. La duración del ciclo se regula cambiando la duración de todos sus períodos. Las células multicelulares también tienen diferentes capacidades para dividirse. En la embriogénesis temprana se dividen con frecuencia y en el cuerpo adulto pierden en su mayoría esta capacidad a medida que se especializan. Pero incluso en un organismo que ha alcanzado su pleno desarrollo, muchas células deben dividirse para reemplazar las células desgastadas que se desprenden constantemente y, finalmente, se necesitan nuevas células para curar las heridas.

Por lo tanto, en algunas poblaciones de células, las divisiones deben ocurrir a lo largo de la vida. Teniendo esto en cuenta, todas las células se pueden dividir en tres categorías:

1. En el cuerpo de los vertebrados superiores, no todas las células se dividen constantemente. Hay células especializadas que han perdido la capacidad de dividirse (neutrófilos, basófilos, eosinófilos, células nerviosas). Cuando nace un niño, las células nerviosas alcanzan un estado altamente especializado, perdiendo la capacidad de dividirse y durante la ontogénesis su número disminuye continuamente. Esta circunstancia también tiene un lado bueno; Si las células nerviosas se dividieran, se alterarían las funciones nerviosas superiores (memoria, pensamiento).

2. Otra categoría de células también está altamente especializada, pero debido a su constante exfoliación, son reemplazadas por otras nuevas y esta función la realizan células de la misma línea, pero aún no especializadas y no han perdido la capacidad de dividirse. Estas células se llaman células renovadoras. Un ejemplo son las células constantemente renovadas del epitelio intestinal, las células hematopoyéticas. Incluso se pueden formar células de tejido óseo a partir de células no especializadas (esto se puede observar durante la regeneración reparadora de fracturas óseas). Las poblaciones de células no especializadas que conservan la capacidad de dividirse suelen denominarse células madre.

3. La tercera categoría de células es una excepción, cuando células altamente especializadas, bajo ciertas condiciones, pueden ingresar al ciclo mitótico. Hablamos de células que tienen una larga vida útil y en las que, tras un crecimiento completo, la división celular rara vez se produce. Un ejemplo son los hepatocitos. Pero si se extraen 2/3 del hígado de un animal de experimentación, en menos de dos semanas recupera su tamaño anterior. Las células de las glándulas que producen hormonas son las mismas: en condiciones normales, solo unas pocas son capaces de reproducirse, y en condiciones alteradas, la mayoría puede comenzar a dividirse.

Con base en los dos eventos principales del ciclo mitótico, se distingue reproductivo Y divisor fases correspondientes interfase Y mitosis citología clásica.

Durante el período inicial de interfase (en eucariotas 8-10 horas) (período posmitótico, presintético o G 1) Se restauran las características organizativas de la célula en interfase y se completa la formación del nucleolo, que comenzó en la telofase. Una cantidad significativa (hasta un 90%) de proteína ingresa al núcleo desde el citoplasma. En el citoplasma, paralelamente a la reorganización de la ultraestructura, se intensifica la síntesis de proteínas. Esto promueve el crecimiento de la masa celular. Si la célula hija va a entrar en el siguiente ciclo mitótico, la síntesis se vuelve dirigida: se forman precursores químicos del ADN, enzimas que catalizan la reacción de reduplicación del ADN y se sintetiza una proteína que inicia esta reacción. Así, se llevan a cabo los procesos de preparación para el siguiente período de interfase, la sintética. Las células tienen un conjunto diploide de cromosomas. 2n y 2c material genético ADN (fórmula genética de la célula).

EN sintético o Período S (6-10 h) la cantidad de material hereditario en la célula se duplica. Con pocas excepciones reduplicación(La duplicación del ADN a veces se denomina replicación, término de salida reduplicación para denotar la duplicación de los cromosomas). El ADN se lleva a cabo de forma semiconservadora. Consiste en la divergencia de una bobina de ADN en dos cadenas, seguida de la síntesis de una cadena complementaria cerca de cada una de ellas. Como resultado, aparecen dos bobinas idénticas. Las moléculas de ADN, complementarias a las maternas, se forman en fragmentos separados a lo largo del cromosoma, y ​​no simultáneamente (asincrónicamente) en diferentes partes del mismo cromosoma, así como en diferentes cromosomas. Luego secciones (unidades de replicación - replicones) El ADN recién formado se "cose" en una macromolécula. Una célula humana contiene más de 50.000 replicones. La longitud de cada uno de ellos es de unas 30 micras. Su número cambia durante la ontogénesis. El significado de la reduplicación del ADN mediante replicones queda claro a partir de las siguientes comparaciones. La velocidad de síntesis de ADN es de 0,5 µm/min. En este caso, la reduplicación de una cadena de ADN de un cromosoma humano de unos 7 cm de largo tardaría unos tres meses. Las regiones de los cromosomas donde comienza la síntesis se llaman puntos de iniciación. Quizás sean los sitios de unión de los cromosomas en interfase a la membrana interna de la membrana nuclear. Se podría pensar que el ADN de fracciones individuales, que se analizarán más adelante, se duplica en una fase estrictamente definida del período S. Por tanto, la mayoría de los genes de ARNr duplican el ADN al comienzo del período. La reduplicación se desencadena mediante una señal que ingresa al núcleo desde el citoplasma, cuya naturaleza no está clara. La síntesis de ADN en un replicón está precedida por la síntesis de ARN. En una célula que ha pasado por el período S de interfase, los cromosomas contienen el doble de material genético. Junto con el ADN, durante el período de síntesis se forman intensamente ARN y proteínas, y el número de histonas se duplica estrictamente.

Aproximadamente el 1% del ADN de una célula animal se encuentra en las mitocondrias. Una pequeña parte del ADN mitocondrial se reduplica en el período sintético, mientras que la parte principal se reduplica en el período postsintético de la interfase. Al mismo tiempo, se sabe que la vida útil de las mitocondrias en las células del hígado, por ejemplo, es de 10 días. Teniendo en cuenta que en condiciones normales los hepatocitos rara vez se dividen, se debe suponer que la reduplicación del ADN mitocondrial puede ocurrir independientemente de las etapas del ciclo mitótico. Cada cromosoma consta de dos cromátidas hermanas ( 2n), contiene ADN 4c.

El período de tiempo desde el final del período sintético hasta el comienzo de la mitosis es postsintético (premitótico), o G 2 -período interfase ( 2n y 4c) (3-6 horas). Se caracteriza por una intensa síntesis de ARN y especialmente de proteínas. Se completa la duplicación de la masa del citoplasma en comparación con el inicio de la interfase. Esto es necesario para que la célula entre en mitosis. Algunas de las proteínas producidas (tubulinas) se utilizan posteriormente para formar microtúbulos del huso. Los períodos sintético y postsintético están directamente relacionados con la mitosis. Esto nos permite aislarlos durante un período especial de interfase. preprofase.

Existir tres formas de división celular: mitosis, amitosis, meiosis.