A sejt életciklusa: interfázis (a sejt osztódásra való felkészülésének időszaka) és mitózis (osztódás). sejtosztódás
3.4. SEJTCIKLUS
A sejtek számának növekedése az eredeti sejt felosztásával történik. Általában a sejtosztódást a kromoszóma-apparátus reduplikációja, a DNS-szintézis előzi meg.
A sejt létezésének idejét az osztódástól a következő osztódásig vagy halálig sejt(élet)ciklusnak nevezzük.
Az élet során a sejtek növekednek, differenciálódnak, bizonyos funkciókat látnak el, szaporodnak és elpusztulnak.
A sejtciklusban mitotikus ciklus különböztethető meg, beleértve a sejtek osztódásra való felkészítését és magát az osztódást. Az életciklusban vannak időszakok, amikor a sejtek bizonyos funkciókat látnak el (53. ábra).
Rizs. 53. A mitotikus ciklus és a sejt életciklusa közötti kapcsolat diagramja (Tsanev és Markov, 1964). A belső kör a sejtszaporodási ciklust jelenti, az osztódás befejezése után azonnal megkezdődik a felkészülés egy új mitotikus ciklusra. A mitotikus ciklus lehetséges kimenetele látható; a - két új (leány) sejt kialakulása; b - a sejtmag osztódása a sejttest osztódása nélkül - többmagvú sejt kialakulása; c - a mitózis lefolyása csak a metafázis stádiumáig, kromoszóma szegregáció nélkül - poliploidia; d - DNS-reduplikáció és a sejttömeg növekedése a mitózisba való belépés nélkül - polythenia. A külső kör egy differenciálódó sejtet jelöl a differenciálódás lehetséges kimenetelével. 1 - sejthalál, 2 - végső specializáció a sejt mitotikus osztódási képességének elvesztésével, 3 - a sejt belépése az osztódási ciklusba dedifferenciálódás nélkül, 4 - dedifferenciálódás a sejtnek a mitotikus ciklusba való későbbi belépésével. 2c és 4c - diploid és tetraploid DNS mennyiség, 2n és 4n - diploid és tetraploid kromoszómakészlet.
A magasabb gerincesek szervezetében nem minden sejt osztódik folyamatosan. Vannak speciális sejtek, amelyek elvesztették osztódási képességüket (neutrofilek, bazofilek, eozinofilek, idegsejtek). Más sejtek folyamatosan osztódnak. Megújuló szövetekben (hámszövetekben), vérképző szervekben találhatók. Például az integumentáris epitélium sejtjei, a csontvelő vérképző sejtjei folyamatosan osztódhatnak, helyettesítve az elhunytakat.
Sok olyan sejt, amely normál körülmények között nem szaporodik, osztódásnak indul a szervkárosodást követő gyógyulási folyamatban, valamint a szervek és szövetek reparatív regenerációjában.
A sejtciklusban lévő sejtek különböző mennyiségű DNS-t tartalmaznak, a ciklus szakaszától függően.
A férfi és női csírasejtek haploid kromoszómakészlettel (n) és DNS-mennyiséggel (c) rendelkeznek. A megtermékenyítés során ezek a sejtek egyesülnek, ami egy diploid sejtet eredményez 2n kromoszómával és 4c DNS-sel.
A DNS duplikációja az interfázis szintetikus periódusában történik. A sejtek csak ezen időszak után kezdenek osztódni.
3.4.1. SEJTEK ELŐKÉSZÍTÉS AZ OSZTÁSHOZ
A sejtciklusban maga a mitózis és az interfázis különböztethető meg, ideértve a preszintetikus (posztmitotikus) - G 1 időszakot, a szintetikus (S) időszakot és a posztszintetikus (premitotikus) - G 2 időszakot (54. ábra).
Rizs. 54. Diploid sejt mitotikus ciklusa (séma). G 0 - a sejtélet időszaka az osztódásra való felkészülési folyamatok nélkül; G 1 - preszintetikus (posztmitotikus) időszak. Mitózis: P - profázis; M - metafázis, A - anafázis, T - telofázis; n - haploid kromoszómakészlet; 2n - diploid kromoszómakészlet; 4n - tetroid kromoszómakészlet; c a haploid kromoszómakészletnek megfelelő DNS mennyisége. A körön kívül sematikusan mutatja a kromoszómák változásait a sejt életciklusának különböző időszakaiban.
A sejtosztódásra való felkészítés interfázisban történik. Az interfázis preszintetikus periódusa a leghosszabb. Eukariótákban 10 órától több napig tarthat (55. ábra).
Rizs. 55. Sejtciklus eukariótákban.
A preszintetikus periódusban (G 1), amely közvetlenül az osztódás után következik be, a sejtek diploid (2n) kromoszómakészlettel és 2c DNS genetikai anyaggal rendelkeznek. Ebben az időszakban megindul a sejtnövekedés, a fehérjék, az RNS szintézise. A sejtek DNS-szintézisre készülnek (S-periódus). Az energiaanyagcserében részt vevő enzimek aktivitása megnő (56. ábra).
Rizs. 56. A DNS és a kromoszómák replikációja. 1 - A kettős hélix feltekeredik, és a bázispárokat a helikáz DNS enzim választja el. 2 - A nukleotidok a komplementer nukleotidjaikkal (A - T, G - C) szemben helyezkednek el a DNS templát láncon, hidrogénkötések jönnek létre, és a nukleotidok kovalens kötéssel kötődnek a DNS polimeráz enzim segítségével. 3 - A DNS két leányszálát különböző módon szintetizálják - az egyiket azonnal folyamatos láncként, a másikat pedig rövid szakaszokban szintetizálják, amelyeket ezután DNS-ligáz köt össze. 4 - A szabad nukleotidok beáramlása új DNS-molekulák létrehozására a csavaratlan DNS-templát mentén. 5 - A DNS kettős hélix minden példánya egy szülő- és egy gyermekszálból áll - ezt a folyamatot félkonzervatív replikációnak nevezik.
Az S-periódusban (szintetikus) megtörténik a DNS-molekulák replikációja, a fehérjék - hisztonok - szintézise, amelyekhez a DNS minden szála kapcsolódik. Az RNS szintézise a DNS mennyiségével arányosan növekszik. A replikáció során a DNS-molekula két hélixe feloldódik, a hidrogénkötések megszakadnak, és mindegyik az új DNS-szálak szaporodásának sablonjává válik. Az új DNS-molekulák szintézise enzimek részvételével történik. A két leánymolekula mindegyike szükségszerűen tartalmaz egy régi és egy új hélixet. Az új molekulák megegyeznek a régiekkel. Ezt a replikációs típust ún félig konzervatív. Az S-periódusban a centriolák megkettőződése kezdődik.
Mindegyik kromoszóma két testvérkromatidból áll, és tartalmazza a 4c DNS-t. A kromoszómák száma nem változik (2n).
A DNS-szintézis időtartama - a mitotikus ciklus S-periódusa - emlősökben 6-12 óráig tart.
A posztszintetikus periódusban (G 2) RNS szintézis megy végbe, ATP energia felhalmozódik, ami a sejtosztódáshoz szükséges, befejeződik a centriolok, mitokondriumok, plasztidok megkettőződése, fehérjék szintetizálódnak, amelyekből az akromatin orsó épül, sejtnövekedés véget ér. Sem a DNS-tartalom (4c), sem a kromoszómák száma (2n) nem változik (57. ábra).
Rizs. 57. Centroszóma ciklus. Az interfázisú sejtben a centroszóma megduplázódik, és a mitotikus orsó két pólusát alkotja. A legtöbb állati (de nem növényi) sejtben egy pár centriol (amit rövid fekete vonalpárként mutatunk) a centroszóma anyagába ágyazva (színnel kiemelve), amelyből mikrotubulusok nőnek ki. A G 1 fázis egy bizonyos pontján a két centriol néhány mikronnal eltér egymástól. Az S-fázisban egy leány centriól kezd kialakulni mindegyik régi centriólum közelében, rá merőlegesen. A leány centriolák növekedése általában a G 2 fázisban ér véget. Kezdetben mindkét centriolpár egyetlen tömegű centroszómaanyagba merülve egy centroszómát alkot. Az M korai fázisában minden centriolpár egy külön mikrotubulus-szervező központ részévé válik, ahonnan egy radiális mikrotubulus-köteg, egy csillag távozik. A két csillag, amely eredetileg egymás mellett feküdt a nukleáris burok közelében, most távolodik egymástól. A késői profázisban a két csillaghoz tartozó és egymással kölcsönhatásba lépő pólusmikrotubulus-kötegek szelektíven megnyúlnak, ahogy a két központ szétválik a mag két oldalán. Ily módon gyorsan kialakul a mitotikus orsó.
Ennek az időszaknak az időtartama 3-6 óra. A sejtciklus időtartama különböző sejteknél eltérő, de egy adott szövet esetében állandó.
Például egy humán rákos sejttenyészetben a G1 periódus időtartama 8,5 óra, S-6,2 óra, G2-4,6 óra. A mitózis időtartama 0,6 óra. A teljes sejtciklus 19,9 óráig tart.
Sejt előkészítése osztódásra
A sejt szaporodási képessége az élőlények egyik alapvető tulajdonsága. A sejtosztódás az embriogenezis és a regeneráció alapja.
A sejt szerkezeti és funkcionális jellemzőinek idővel történő rendszeres változásai alkotják a tartalmat sejt életciklusa (sejtciklus). A sejtciklus egy sejt létezésének időszaka az anyasejt osztódása általi kialakulásának pillanatától a saját osztódásáig vagy haláláig.
A sejtciklus fontos összetevője az mitotikus (proliferatív) ciklus- egymással összefüggő és időben összehangolt események komplexuma, amelyek a sejt osztódásra való felkészítése és maga az osztódás során fordulnak elő. Ezenkívül az életciklus magában foglalja cella végrehajtási időszaka többsejtű szervezet konkrét funkciókat valamint nyugalmi időszakok. Pihenési időszakokban a sejt közvetlen sorsa nincs meghatározva: megkezdheti a mitózisra való felkészülést, vagy megkezdheti a specializálódást egy bizonyos funkcionális irányba.
A mitotikus ciklus időtartama a legtöbb sejtnél 10-50 óra, értéke jelentősen változó: baktériumoknál 20-30 perc, cipőnél napi 1-2 alkalommal, amőbánál kb.1,5 nap. A ciklus időtartamát az összes periódus időtartamának megváltoztatásával szabályozzák. A többsejtű sejtek osztódási képessége is eltérő. A korai embriogenezisben gyakran osztódnak, és a felnőtt szervezetben többnyire elvesztik ezt a képességüket, ahogy specializálódnak. De még a teljes kifejlődést elért szervezetben is sok sejtnek osztódnia kell, hogy pótolja az elhasználódott sejteket, amelyek folyamatosan hullanak, és végül új sejtekre van szükség a sebek begyógyulásához.
Ezért egyes sejtpopulációkban az osztódásnak az élet során meg kell történnie. Ennek alapján az összes sejt felosztható három kategória:
1. A magasabb gerincesek testében nem minden sejt osztódik folyamatosan. Vannak speciális sejtek, amelyek elvesztették osztódási képességüket (neutrofilek, bazofilek, eozinofilek, idegsejtek). A gyermek születésére az idegsejtek erősen specializált állapotba kerülnek, elveszítik osztódási képességüket, az ontogenezis során számuk folyamatosan csökken. Ennek a körülménynek van egy jó oldala; ha az idegsejtek osztódnának, akkor a magasabb idegi funkciók (memória, gondolkodás) zavarnának.
2. A sejtek egy másik kategóriája szintén erősen specializált, de folyamatos hámlásuk miatt újak váltják fel őket, és ezt a funkciót az azonos vonalú, de még nem specializálódott, osztódási képességüket nem veszített sejtek látják el. Ezeket a sejteket megújulónak nevezik. Ilyen például a bélhám folyamatosan megújuló sejtjei, a vérképző sejtek. A nem specializáltakból csontszöveti sejtek is kialakulhatnak (ez a csonttörések reparatív regenerációja során figyelhető meg). A nem specializálódott sejtek osztódási képességét megőrző populációit általában őssejteknek nevezik.
3. A sejtek harmadik kategóriája kivétel, amikor a magasan specializálódott sejtek bizonyos körülmények között beléphetnek a mitotikus ciklusba. Olyan sejtekről beszélünk, amelyeket hosszú élettartam jellemez, és ahol a teljes növekedés után ritkán történik sejtosztódás. Ilyen például a hepatociták. De ha a máj 2/3-át eltávolítják egy kísérleti állatból, akkor kevesebb mint két hét alatt visszaáll a korábbi méretére. Ugyanígy a mirigyek hormonokat termelő sejtjei is: normál körülmények között csak kevesen képesek szaporodni, megváltozott körülmények között a legtöbbjük osztódásba kezd.
A mitotikus ciklus két fő eseménye szerint megkülönböztetik szaporodóés osztva megfelelő fázisok interfázisés mitózis klasszikus citológia.
Az interfázis kezdeti szegmensében (eukariótákban 8-10 óra) (posztmitotikus, preszintetikus vagy G 1 időszak) helyreállnak az interfázis sejt szerveződésének sajátosságai, befejeződik a telofázisban megkezdett nucleolus kialakulása. A citoplazmából jelentős mennyiségű (akár 90%) fehérje kerül a sejtmagba. A citoplazmában az ultrastruktúra átrendeződésével párhuzamosan a fehérjeszintézis felerősödik. Ez hozzájárul a sejttömeg növekedéséhez. Ha a leánysejtnek be kell lépnie a következő mitotikus ciklusba, a szintézisek irányítottá válnak: a DNS kémiai prekurzorai képződnek, enzimek, amelyek katalizálják a DNS-reduplikációs reakciót, és szintetizálódik egy fehérje, amely elindítja ezt a reakciót. Így az interfázis következő periódusának - a szintetikusnak - előkészítési folyamatait hajtják végre. A sejtek diploid kromoszómakészlettel rendelkeznek 2n és 2c genetikai anyag DNS (a sejt genetikai képlete).
NÁL NÉL szintetikus vagy S-időszak (6-10 óra) a sejt örökítőanyagának mennyisége megduplázódik. Kevés kivétellel kettőzés(néha a DNS megkettőződésére utal a kifejezés replikáció, elhagyva a kifejezést kettőzés a kromoszómák megkettőződésének jelölésére.) A DNS-t félkonzervatív módon végezzük. Ez abból áll, hogy a DNS-hélix két láncra szakad, majd mindegyik mellett egy komplementer lánc szintézise következik. Az eredmény két egyforma tekercs. Az anyai molekulákkal komplementer DNS-molekulák a kromoszóma hosszában külön-külön fragmentumokban jönnek létre, sőt, nem egyidejűleg (aszinkron módon) egyazon kromoszóma különböző részein, valamint különböző kromoszómákban. Ezután a csomagok (replikációs egységek - replikonok) az újonnan képződött DNS „térhálósodik” egyetlen makromolekulává. Egy emberi sejtben több mint 50 000 replikon található. Mindegyik hossza körülbelül 30 µm. Számuk az ontogenezisben változik. A replikonok általi DNS-replikáció jelentése világossá válik a következő összehasonlításokból. A DNS-szintézis sebessége 0,5 µm/perc. Ebben az esetben egy körülbelül 7 cm hosszú emberi kromoszóma DNS-szálának megkettőződése körülbelül három hónapot vesz igénybe. A kromoszómák azon régióit, ahol a szintézis megindul, nevezzük kezdőpontok. Talán ezek az interfázisú kromoszómák a magburok belső membránjához való kapcsolódási helyei. Feltételezhető, hogy az egyes frakciók DNS-e, amelyről az alábbiakban lesz szó, az S-periódus egy szigorúan meghatározott fázisában replikálódik. Így a legtöbb rRNS gének megduplázzák a DNS-t az időszak elején. A reduplikációt a citoplazmából a sejtmagba jutó jel váltja ki, amelynek természete nem tisztázott. A replikonban a DNS-szintézist RNS-szintézis előzi meg. Az interfázis S-periódusán átesett sejtekben a kromoszómák kétszeres mennyiségű genetikai anyagot tartalmaznak. A szintetikus periódusban a DNS-sel együtt intenzíven képződik az RNS és a fehérje, a hisztonok száma pedig szigorúan megduplázódik.
Az állati sejt DNS-ének körülbelül 1%-a található a mitokondriumokban. A mitokondriális DNS jelentéktelen része replikálódik a szintetikus periódusban, míg a jelentős része az interfázis posztszintetikus periódusában replikálódik. Ugyanakkor ismeretes, hogy például a májsejtek mitokondriumainak élettartama 10 nap. Figyelembe véve, hogy a hepatociták ritkán osztódnak normál körülmények között, feltételezni kell, hogy a mitokondriális DNS-reduplikáció a mitotikus ciklus szakaszaitól függetlenül megtörténhet. Mindegyik kromoszóma két testvérkromatidából áll ( 2n), DNS-t tartalmaz 4c.
A szintetikus periódus végétől a mitózis kezdetéig tartó idő eltelik posztszintetikus (pre-mitotikus), vagy G 2 - periódus interfázis ( 2n és 4c) (3-6 óra). Az RNS és különösen a fehérje intenzív szintézise jellemzi. A citoplazma tömegének megduplázódása az interfázis kezdetéhez képest befejeződik. Ez szükséges ahhoz, hogy a sejt mitózisba kerüljön. A képződött fehérjék (tubulinok) egy részét később orsó mikrotubulusok építésére használják fel. A szintetikus és posztszintetikus időszakok közvetlenül kapcsolódnak a mitózishoz. Ez lehetővé teszi, hogy kiemelje őket egy speciális interfázis-időszakban - preprophase.
Létezik háromféle sejtosztódás: mitózis, amitózis, meiózis.
A sejt életciklusa
A sejtek időbeni létezésének mintái
A sejt szaporodási képessége az élőlények egyik alapvető tulajdonsága. A sejtosztódás az embriogenezis és a regeneráció alapja.
A sejt szerkezeti és funkcionális jellemzőinek idővel történő rendszeres változásai alkotják a tartalmat sejt életciklusa (sejtciklus). A sejtciklus egy sejt létezésének időszaka az anyasejt osztódása általi kialakulásának pillanatától a saját osztódásáig vagy haláláig.
A sejtciklus fontos összetevője az mitotikus (proliferatív) ciklus- egymással összefüggő és időben összehangolt események komplexuma, amelyek a sejt osztódásra való felkészítése során és magában az osztódáson keresztül fordulnak elő. Az életciklus azonban magában foglalja cella végrehajtási időszaka többsejtű szervezet konkrét funkciókat valamint nyugalmi időszakok. Pihenési időszakokban a sejt közvetlen sorsa nincs meghatározva: megkezdheti a mitózisra való felkészülést, vagy megkezdheti a specializálódást egy bizonyos funkcionális irányba.
A mitotikus ciklus időtartama a legtöbb sejtnél 10-50 óra, értéke jelentősen változó: baktériumoknál 20-30 perc, cipőnél napi 1-2 alkalommal, amőbánál kb.1,5 nap. A ciklus időtartamát az összes periódus időtartamának megváltoztatásával szabályozzák. A többsejtű sejtek osztódási képessége is eltérő. A korai embriogenezisben gyakran osztódnak, és a felnőtt szervezetben többnyire elvesztik ezt a képességüket, ahogy specializálódnak. De még a teljes kifejlődést elért szervezetben is sok sejtnek osztódnia kell, hogy pótolja az elhasználódott sejteket, amelyek folyamatosan hullanak, és végül új sejtekre van szükség a sebek begyógyulásához.
Ezért egyes sejtpopulációkban az osztódásnak az élet során meg kell történnie. Ennek alapján az összes sejt felosztható három kategória:
1. A magasabb gerincesek testében nem minden sejt osztódik folyamatosan. Vannak speciális sejtek, amelyek elvesztették osztódási képességüket (neutrofilek, bazofilek, eozinofilek, idegsejtek). A gyermek születésére az idegsejtek erősen specializált állapotba kerülnek, elveszítik osztódási képességüket, az ontogenezis során számuk folyamatosan csökken. Ennek a körülménynek van egy jó oldala; ha az idegsejtek osztódnának, akkor a magasabb idegi funkciók (memória, gondolkodás) megzavarnának.
2. A sejtek egy másik kategóriája szintén erősen specializált, de folyamatos hámlásuk miatt újak váltják fel őket, és ezt a funkciót az azonos vonalú, de még nem specializálódott, osztódási képességüket nem veszített sejtek látják el. Ezeket a sejteket megújulónak nevezik. Ilyen például a bélhám folyamatosan megújuló sejtjei, a vérképző sejtek. A nem specializáltakból csontszöveti sejtek is kialakulhatnak (ez a csonttörések reparatív regenerációja során figyelhető meg). A nem specializálódott sejtek osztódási képességét megőrző populációit általában őssejteknek nevezik.
3. A sejtek harmadik kategóriája kivétel, amikor a magasan specializálódott sejtek bizonyos körülmények között beléphetnek a mitotikus ciklusba. Olyan sejtekről beszélünk, amelyek élettartama hosszú, és ahol a teljes növekedés után ritkán történik sejtosztódás. Ilyen például a hepatociták. De ha a máj 2/3-át eltávolítják egy kísérleti állatból, akkor kevesebb mint két hét alatt visszaáll a korábbi méretére. Ugyanígy a mirigyek hormonokat termelő sejtjei is: normál körülmények között csak kevesen képesek szaporodni, megváltozott körülmények között a legtöbbjük osztódásba kezd.
A mitotikus ciklus két fő eseménye szerint megkülönböztetik szaporodóés osztva megfelelő fázisok interfázisés mitózis klasszikus citológia.
Az interfázis kezdeti szegmensében (eukariótákban 8-10 óra) (posztmitotikus, preszintetikus vagy G 1 időszak) helyreállnak az interfázis sejt szerveződésének sajátosságai, befejeződik a telofázisban megkezdett nucleolus kialakulása. A citoplazmából jelentős mennyiségű (akár 90%) fehérje kerül a sejtmagba. A citoplazmában az ultrastruktúra átrendeződésével párhuzamosan a fehérjeszintézis felerősödik. Ez hozzájárul a sejttömeg növekedéséhez. Ha a leánysejtnek be kell lépnie a következő mitotikus ciklusba, a szintézisek irányítottá válnak: a DNS kémiai prekurzorai képződnek, enzimek, amelyek katalizálják a DNS-reduplikációs reakciót, és szintetizálódik egy fehérje, amely elindítja ezt a reakciót. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, a következő interfázis periódus - szintetikus - előkészítési folyamatai végrehajtás alatt állnak. A sejtek diploid kromoszómakészlettel rendelkeznek 2n és 2c genetikai anyag DNS (a sejt genetikai képlete).
NÁL NÉL szintetikus vagy S-időszak (6-10 óra) a sejt örökítőanyagának mennyisége megduplázódik. Kevés kivétellel kettőzés(néha a DNS megkettőződésére utal a kifejezés replikáció, elhagyva a kifejezést kettőzés a kromoszómák megkettőződésének jelölésére.) A DNS-t félkonzervatív módon végezzük. Ez abból áll, hogy a DNS-hélix két láncra szakad, majd mindegyik mellett egy komplementer lánc szintézise következik. Az eredmény két egyforma tekercs. Az anyai molekulákkal komplementer DNS-molekulák a kromoszóma hosszában külön-külön töredékekből jönnek létre, ráadásul nem egyidejűleg (aszinkron módon) ugyanazon kromoszóma különböző részein, valamint különböző kromoszómákban. Ezután a csomagok (replikációs egységek - replikonok) az újonnan képződött DNS „térhálósodik” egyetlen makromolekulává. Egy emberi sejtben több mint 50 000 replikon található. Mindegyik hossza körülbelül 30 µm. Számuk az ontogenezisben változik. A replikonok általi DNS-replikáció jelentése világossá válik a következő összehasonlításokból. A DNS-szintézis sebessége 0,5 µm/perc. Ebben az esetben egy körülbelül 7 cm hosszú emberi kromoszóma DNS-szálának megkettőződése körülbelül három hónapot vesz igénybe. A kromoszómák azon régióit, ahol a szintézis megindul, nevezzük kezdőpontok. Talán ezek az interfázisú kromoszómák a magburok belső membránjához való kapcsolódási helyei. Feltételezhető, hogy az egyes frakciók DNS-e, amelyről az alábbiakban lesz szó, az S-periódus egy szigorúan meghatározott fázisában replikálódik. Így a legtöbb rRNS gének megduplázzák a DNS-t az időszak elején. A reduplikációt a citoplazmából a sejtmagba jutó jel váltja ki, amelynek természete nem tisztázott. A replikonban a DNS-szintézist RNS-szintézis előzi meg. Az interfázis S-periódusán átesett sejtekben a kromoszómák kétszeres mennyiségű genetikai anyagot tartalmaznak. A szintetikus periódusban a DNS-sel együtt intenzíven képződik az RNS és a fehérje, a hisztonok száma pedig szigorúan megduplázódik.
Az állati sejt DNS-ének körülbelül 1%-a található a mitokondriumokban. A mitokondriális DNS jelentéktelen része replikálódik a szintetikus periódusban, míg a jelentős része az interfázis posztszintetikus periódusában replikálódik. Ugyanakkor ismeretes, hogy például a májsejtek mitokondriumainak élettartama 10 nap. Figyelembe véve, hogy a hepatociták ritkán osztódnak normál körülmények között, feltételezni kell, hogy a mitokondriális DNS-reduplikáció a mitotikus ciklus szakaszaitól függetlenül megtörténhet. Mindegyik kromoszóma két testvérkromatidából áll ( 2n), DNS-t tartalmaz 4c.
A szintetikus periódus végétől a mitózis kezdetéig tartó idő eltelik posztszintetikus (pre-mitotikus), vagy G 2 - periódus interfázis ( 2n és 4c) (3-6 óra). Az RNS és különösen a fehérje intenzív szintézise jellemzi. A citoplazma tömegének megduplázódása az interfázis kezdetéhez képest befejeződik. Ez elengedhetetlen ahhoz, hogy a sejt mitózisba kerüljön. A képződött fehérjék (tubulinok) egy részét később orsó mikrotubulusok építésére használják fel. A szintetikus és posztszintetikus időszakok közvetlenül kapcsolódnak a mitózishoz. Ez lehetővé teszi, hogy kiemelje őket egy speciális interfázis-időszakban - preprophase.
Létezik háromféle sejtosztódás: mitózis, amitózis, meiózis.
Emlékezik!
Hogyan történik a sejtelmélet szerint a sejtek számának növekedése?
Az új leánysejtek az anyasejt osztódásával jönnek létre, így a test szaporodási folyamata sejtes természetű.
Ön szerint egy többsejtű szervezetben a különböző típusú sejtek élettartama azonos? Indokolja meg véleményét.
Nem, az időtartam a szerkezettől és az elvégzett funkcióktól függ
Tekintse át a kérdéseket és a feladatokat
1. Mi a sejt életciklusa?
A sejt vagy sejt életciklusa a sejt élete a megjelenés pillanatától az osztódásig vagy haláláig. A sejtciklus feltételesen két szakaszra oszlik: egy hosszú szakaszra - interfázisra, és egy viszonylag rövidre - maga az osztódás.
2. Hogyan történik a DNS megkettőződése a mitotikus ciklusban? Magyarázza el, mi ennek a folyamatnak a biológiai jelentése!
A DNS duplikációja az interfázis szintetikus fázisában történik. Minden DNS-molekula két egyforma leány-DNS-molekulává alakul. Erre azért van szükség, hogy a sejtosztódás során minden leánysejt megkapja a saját DNS másolatát. A DNS-helikáz enzim megbontja a hidrogénkötéseket a nitrogéntartalmú bázisok között, a DNS kettős szála két egyszálra tekerődik. Ezután a DNS-polimeráz enzim a komplementaritás elve szerint minden egyes szálat kettős szálgá alakít. Minden leány DNS egy szálat tartalmaz az anya DNS-éből és egy újonnan szintetizált - ez a félig konzerváció elve. Az antiparallelizmus elve szerint a DNS-láncok egymással ellentétes végeken helyezkednek el. A DNS csak a 3"-os végén tud megnyúlni, így a két szál közül csak az egyik szintetizálódik folyamatosan minden replikációs villában. A második szál (lagging) 5"-os irányban nő, rövid (100-200 nukleotid) Okazaki-fragmensekkel, mindegyik amely 3" irányban növekszik, majd a DNS ligáz enzim segítségével csatlakozik az előző lánchoz. Az eukarióták replikációs sebessége 50-100 nukleotid másodpercenként. Minden kromoszómának sok replikációs origója van, amelyekből 2 replikációs villa tér el Ez az egész replikáció körülbelül egy órát vesz igénybe.A DNS megkettőződése az önreprodukciójának összetett folyamata.A DNS-molekulák önreprodukciós képességének köszönhetően lehetséges a szaporodás, valamint az öröklődés átvitele egy szervezet által utódaira, mert az élőlények genetikai információiban teljes körű adatok vannak kódolva a szerkezetre és működésre vonatkozóan.A DNS a legtöbb mikroorganizmus és makroorganizmus örökítőanyagának alapja. A DNS-duplikációs folyamat neve replikáció (reduplikáció).
3. Mi a sejt előkészítése a mitózisra?
A sejt osztódásra való felkészítésének szakaszát interfázisnak nevezzük. Több időszakra oszlik. A preszintetikus periódus (G1) a sejtosztódást (mitózist) követő sejtciklus leghosszabb időszaka. A kromoszómák száma és
DNS-tartalom - 2n2s. Különböző típusú sejtekben a G1 periódus több órától több napig is tarthat. Ebben az időszakban a sejtben aktívan szintetizálódnak a fehérjék, nukleotidok és minden típusú RNS, osztódnak a mitokondriumok és proplasztidok (növényekben), riboszómák és minden egymembrán organellum képződik, nő a sejttérfogat, felhalmozódik az energia, folynak a felkészülés DNS reduplikáció. A szintetikus periódus (S) a sejt életében a legfontosabb időszak, amely alatt a DNS megkettőződése (reduplikációja) megtörténik. Az S-periódus időtartama 6-10 óra. Ugyanakkor a kromoszómákat alkotó hisztonfehérjék aktív szintézise és a sejtmagba való vándorlása zajlik. A periódus végére minden kromoszóma két testvérkromatidából áll, amelyek a centromérán kapcsolódnak egymáshoz. Így a kromoszómák száma nem változik (2n), a DNS mennyisége pedig megduplázódik (4c). A posztszintetikus periódus (G2) a kromoszóma-duplikáció befejezése után következik be. Ez a sejt felkészítésének időszaka az osztódásra. 2-6 óráig tart. Ekkor az energia aktívan felhalmozódik a közelgő osztódáshoz, szintetizálódnak a mikrotubulus fehérjék (tubulinok) és a mitózist kiváltó szabályozó fehérjék.
4. Sorolja fel a mitózis fázisait!
A mitózis folyamatát általában négy fő fázisra osztják: profázisra, metafázisra, anafázisra és telofázisra. Mivel folyamatos, a fázisváltás zökkenőmentesen megy végbe - az egyik észrevétlenül átmegy a másikba. Profázisban a mag térfogata megnő, a kromatin spiralizációja miatt kromoszómák képződnek. A profázis végére minden kromoszóma két kromatidából áll. Fokozatosan feloldódnak a sejtmagok és a magmembrán, és a kromoszómák véletlenszerűen helyezkednek el a sejt citoplazmájában. A centriolok a sejt pólusai felé mozognak. Kialakul egy akromatin orsó, melynek szálai egy része pólusról pólusra halad, más része pedig a kromoszómák centromeréhez kapcsolódik. A sejt genetikai anyag tartalma változatlan marad (2n4c). A metafázisban a kromoszómák maximális spiralizációt érnek el, és rendezetten helyezkednek el a sejt egyenlítőjénél, így ebben az időszakban számolják és tanulmányozzák őket. A genetikai anyag tartalma nem változik (2n4c). Az anafázisban minden kromoszóma két kromatidára "bomlik", amelyeket ettől kezdve leánykromoszómáknak nevezünk. A centromerekhez kapcsolódó orsórostok összehúzódnak, és a kromatidákat (leánykromoszómákat) a sejt ellentétes pólusaira húzzák. A sejt genetikai anyag tartalmát minden póluson diploid kromoszómakészlet képviseli, de minden kromoszóma egy kromatidot (4n4c) tartalmaz. A telofázisban a pólusokon elhelyezkedő kromoszómák despiralizálódnak, és rosszul láthatóvá válnak. A kromoszómák körül minden póluson a citoplazma membránszerkezeteiből nukleáris membrán alakul ki, a magokban pedig nukleolusok. Az osztódás orsója megsemmisül. Ugyanakkor a citoplazma osztódik. A leánysejtek egy diploid kromoszómakészlettel rendelkeznek, amelyek mindegyike egy kromatidból (2n2c) áll.
Abból áll, hogy a mitózis biztosítja a tulajdonságok és tulajdonságok örökletes átvitelét számos sejtgenerációban egy többsejtű szervezet fejlődése során. A mitózis során a kromoszómák pontos és egyenletes eloszlása miatt egyetlen szervezet minden sejtje genetikailag azonos. A mitotikus sejtosztódás az ivartalan szaporodás minden formájának hátterében áll mind az egysejtű, mind a többsejtű szervezetekben. A mitózis okozza a létfontosságú tevékenység legfontosabb jelenségeit: a szövetek és szervek növekedését, fejlődését és helyreállítását, valamint az élőlények ivartalan szaporodását.
Gondol! Emlékezik!
1. Magyarázza meg, hogy a mitózis kiteljesedése – a citoplazma osztódása miért megy végbe eltérően az állati és növényi sejtekben!
Mivel a növényi és állati szervezetekben különböző sejtek és szövetek találhatók. Például a speciális növényi szövetek (integumentáris, mechanikus, vezetőképes) sejtjei nem képesek osztódni. Ezért kell a növényben olyan szöveteknek lennie, amelyek egyetlen funkciója az új sejtek képzése. Csak tőlük függ a növény növekedésének lehetősége. Ezek oktatási szövetek vagy merisztémák (a görög merisztosz - osztható).
2. Mely növényi szövetek sejtjei osztódnak aktívan, és minden más növényi szövetet létrehoznak?
A nevelési szövetek vagy merisztémák kis vékony falú, nagy magvú sejtekből állnak, amelyek proplasztidokat, mitokondriumokat és kis vakuolákat tartalmaznak, amelyek fénymikroszkóp alatt gyakorlatilag megkülönböztethetetlenek. A merisztémák biztosítják a növények növekedését és minden más típusú szövet kialakulását. Sejtjeik mitózissal osztódnak. Minden osztódás után az egyik testvérsejt megtartja az anyasejt tulajdonságait, míg a másik hamarosan abbahagyja az osztódást, és a differenciálódás kezdeti szakaszába lép, majd egy bizonyos szövet sejtjeit képezi.
A sejt életciklusa
A sejtek időbeni létezésének mintái
A sejt szaporodási képessége az élőlények egyik alapvető tulajdonsága. A sejtosztódás az embriogenezis és a regeneráció alapja.
A sejt szerkezeti és funkcionális jellemzőinek idővel történő rendszeres változásai alkotják a tartalmat sejt életciklusa (sejtciklus). A sejtciklus egy sejt létezésének időszaka az anyasejt osztódása általi kialakulásának pillanatától a saját osztódásáig vagy haláláig.
A sejtciklus fontos összetevője az mitotikus (proliferatív) ciklus- egymással összefüggő és időben összehangolt események komplexuma, amelyek a sejt osztódásra való felkészítése és maga az osztódás során fordulnak elő. Ezenkívül az életciklus magában foglalja cella végrehajtási időszaka többsejtű szervezet konkrét funkciókat valamint nyugalmi időszakok. Pihenési időszakokban a sejt közvetlen sorsa nincs meghatározva: megkezdheti a mitózisra való felkészülést, vagy megkezdheti a specializálódást egy bizonyos funkcionális irányba.
A mitotikus ciklus időtartama a legtöbb sejtnél 10-50 óra, értéke jelentősen változó: baktériumoknál 20-30 perc, cipőnél napi 1-2 alkalommal, amőbánál kb.1,5 nap. A ciklus időtartamát az összes periódus időtartamának megváltoztatásával szabályozzák. A többsejtű sejtek osztódási képessége is eltérő. A korai embriogenezisben gyakran osztódnak, és a felnőtt szervezetben többnyire elvesztik ezt a képességüket, ahogy specializálódnak. De még a teljes kifejlődést elért szervezetben is sok sejtnek osztódnia kell, hogy pótolja az elhasználódott sejteket, amelyek folyamatosan hullanak, és végül új sejtekre van szükség a sebek begyógyulásához.
Ezért egyes sejtpopulációkban az osztódásnak az élet során meg kell történnie. Ennek alapján az összes sejt felosztható három kategória:
1. A magasabb gerincesek testében nem minden sejt osztódik folyamatosan. Vannak speciális sejtek, amelyek elvesztették osztódási képességüket (neutrofilek, bazofilek, eozinofilek, idegsejtek). A gyermek születésére az idegsejtek erősen specializált állapotba kerülnek, elveszítik osztódási képességüket, az ontogenezis során számuk folyamatosan csökken. Ennek a körülménynek van egy jó oldala; ha az idegsejtek osztódnának, akkor a magasabb idegi funkciók (memória, gondolkodás) zavarnának.
2. A sejtek egy másik kategóriája szintén erősen specializált, de folyamatos hámlásuk miatt újak váltják fel őket, és ezt a funkciót az azonos vonalú, de még nem specializálódott, osztódási képességüket nem veszített sejtek látják el. Ezeket a sejteket megújulónak nevezik. Ilyen például a bélhám folyamatosan megújuló sejtjei, a vérképző sejtek. A nem specializáltakból csontszöveti sejtek is kialakulhatnak (ez a csonttörések reparatív regenerációja során figyelhető meg). A nem specializálódott sejtek osztódási képességét megőrző populációit általában őssejteknek nevezik.
3. A sejtek harmadik kategóriája kivétel, amikor a magasan specializálódott sejtek bizonyos körülmények között beléphetnek a mitotikus ciklusba. Olyan sejtekről beszélünk, amelyeket hosszú élettartam jellemez, és ahol a teljes növekedés után ritkán történik sejtosztódás. Ilyen például a hepatociták. De ha a máj 2/3-át eltávolítják egy kísérleti állatból, akkor kevesebb mint két hét alatt visszaáll a korábbi méretére. Ugyanígy a mirigyek hormonokat termelő sejtjei is: normál körülmények között csak kevesen képesek szaporodni, megváltozott körülmények között a legtöbbjük osztódásba kezd.
A mitotikus ciklus két fő eseménye szerint megkülönböztetik szaporodóés osztva megfelelő fázisok interfázisés mitózis klasszikus citológia.
Az interfázis kezdeti szegmensében (eukariótákban 8-10 óra) (posztmitotikus, preszintetikus vagy G 1 időszak) helyreállnak az interfázis sejt szerveződésének sajátosságai, befejeződik a telofázisban megkezdett nucleolus kialakulása. A citoplazmából jelentős mennyiségű (akár 90%) fehérje kerül a sejtmagba. A citoplazmában az ultrastruktúra átrendeződésével párhuzamosan a fehérjeszintézis felerősödik. Ez hozzájárul a sejttömeg növekedéséhez. Ha a leánysejtnek be kell lépnie a következő mitotikus ciklusba, a szintézisek irányítottá válnak: a DNS kémiai prekurzorai képződnek, enzimek, amelyek katalizálják a DNS-reduplikációs reakciót, és szintetizálódik egy fehérje, amely elindítja ezt a reakciót. Így az interfázis következő periódusának - a szintetikusnak - előkészítési folyamatait hajtják végre. A sejtek diploid kromoszómakészlettel rendelkeznek 2n és 2c genetikai anyag DNS (a sejt genetikai képlete).
NÁL NÉL szintetikus vagy S-időszak (6-10 óra) a sejt örökítőanyagának mennyisége megduplázódik. Kevés kivétellel kettőzés(néha a DNS megkettőződésére utal a kifejezés replikáció, elhagyva a kifejezést kettőzés a kromoszómák megkettőződésének jelölésére.) A DNS-t félkonzervatív módon végezzük. Ez abból áll, hogy a DNS-hélix két láncra szakad, majd mindegyik mellett egy komplementer lánc szintézise következik. Az eredmény két egyforma tekercs. Az anyai molekulákkal komplementer DNS-molekulák a kromoszóma hosszában külön-külön fragmentumokban jönnek létre, sőt, nem egyidejűleg (aszinkron módon) egyazon kromoszóma különböző részein, valamint különböző kromoszómákban. Ezután a csomagok (replikációs egységek - replikonok) az újonnan képződött DNS „térhálósodik” egyetlen makromolekulává. Egy emberi sejtben több mint 50 000 replikon található. Mindegyik hossza körülbelül 30 µm. Számuk az ontogenezisben változik. A replikonok általi DNS-replikáció jelentése világossá válik a következő összehasonlításokból. A DNS-szintézis sebessége 0,5 µm/perc. Ebben az esetben egy körülbelül 7 cm hosszú emberi kromoszóma DNS-szálának megkettőződése körülbelül három hónapot vesz igénybe. A kromoszómák azon régióit, ahol a szintézis megindul, nevezzük kezdőpontok. Talán ezek az interfázisú kromoszómák a magburok belső membránjához való kapcsolódási helyei. Feltételezhető, hogy az egyes frakciók DNS-e, amelyről az alábbiakban lesz szó, az S-periódus egy szigorúan meghatározott fázisában replikálódik. Így a legtöbb rRNS gének megduplázzák a DNS-t az időszak elején. A reduplikációt a citoplazmából a sejtmagba jutó jel váltja ki, amelynek természete nem tisztázott. A replikonban a DNS-szintézist RNS-szintézis előzi meg. Az interfázis S-periódusán átesett sejtekben a kromoszómák kétszeres mennyiségű genetikai anyagot tartalmaznak. A szintetikus periódusban a DNS-sel együtt intenzíven képződik az RNS és a fehérje, a hisztonok száma pedig szigorúan megduplázódik.
Az állati sejt DNS-ének körülbelül 1%-a található a mitokondriumokban. A mitokondriális DNS jelentéktelen része replikálódik a szintetikus periódusban, míg a jelentős része az interfázis posztszintetikus periódusában replikálódik. Ugyanakkor ismeretes, hogy például a májsejtek mitokondriumainak élettartama 10 nap. Figyelembe véve, hogy a hepatociták ritkán osztódnak normál körülmények között, feltételezni kell, hogy a mitokondriális DNS-reduplikáció a mitotikus ciklus szakaszaitól függetlenül megtörténhet. Mindegyik kromoszóma két testvérkromatidából áll ( 2n), DNS-t tartalmaz 4c.
A szintetikus periódus végétől a mitózis kezdetéig tartó idő eltelik posztszintetikus (pre-mitotikus), vagy G 2 - periódus interfázis ( 2n és 4c) (3-6 óra). Az RNS és különösen a fehérje intenzív szintézise jellemzi. A citoplazma tömegének megduplázódása az interfázis kezdetéhez képest befejeződik. Ez szükséges ahhoz, hogy a sejt mitózisba kerüljön. A képződött fehérjék (tubulinok) egy részét később orsó mikrotubulusok építésére használják fel. A szintetikus és posztszintetikus időszakok közvetlenül kapcsolódnak a mitózishoz. Ez lehetővé teszi, hogy kiemelje őket egy speciális interfázis-időszakban - preprophase.
Létezik háromféle sejtosztódás: mitózis, amitózis, meiózis.
