Жизненный цикл клеток. Интерфаза

Способность к размножению — важнейшее свойство живых организмов, обеспечивающее воспроизводство вида. Существует два вида размножения: бесполое и половое. В основе размножения живых организмов лежит способность клеток к делению. Срок жизни большинства клеток меньше срока жизни целого организма, поэтому необходимо постоянно обновлять клеточный состав тканей и органов.

Цепь событий, происходящих во время жизни клетки от деления до деления (или до ее смерти), называют клеточным циклом. У некоторых организмов (протистов, одноклеточных водорослей и грибов) клеточный цикл совпадает по времени со сроком жизни особи.

Клеточный цикл состоит из нескольких периодов, продолжительность которых в сумме составляет 10—50 ч и зависит от множества факторов:

  • • типа клеток;
  • • возраста организма;
  • • времени суток, года;
  • • внешних и внутренних факторов.

Клеточный цикл состоит из двух основных периодов — интерфазы и митоза (рис. 5.13).

Таблица 5.4

Характеристика полностью расшифрованных геномов ряда про- и эукариотных организмов1

Вид

Особенности организации

Место обитания

Размер генома (в тыс. пар нуклеотидов)

Количество генов, кодирующих белки

Эубактерии

Mycoplasma

genetalium

Наименьший геном среди клеток

Обитает в половых путях млекопитающих и человека. Вызывает воспаление слизистых оболочек

580

468

Synechocystis sp

Фотосинтезирующая цианобактерия

В пресной воде озер и рек

3573

3168

Escherichia coli

Кишечная палочка, традиционный объект для молекулярной биологии

Обитает в кишечном тракте млекопитающих и человека

4639

4289

Helicobacter

pylori

Бактерия-паразит. Вызывает заболевания желудка вплоть до провоцирования рака

В желудке человека

1667

1590

Bacillus subtilis

Свободноживущая бактерия

Обитает в почве

4214

4099

Mycobacterium

tuberculosis

Паразит, вызывающий туберкулез

В разных тканях и органах человека

4447

4402

Ricketttsia

prowazekii

Бактерия — паразит, вызывающая тиф

Внутриклеточный митохондриальный паразит

1111

834

Архебактерии

Methanococcus

jarinaschii

Литотрофная, анаэробная метано-про- дуцирующая архебактерия

В гидротермальных вулканических источниках

1664

1750

Alberts В. Molecular biology of the cell. 4th ed. N. Y., 2002.

Окончание табл. 5.4

Вид

Особенности организации

Место обитания

Размер генома (в тыс. пар нуклеотидов)

Количество генов, кодирующих белки

Archaeoglossus

fulgidus

Литотрофная, анаэробная, серная архе- бактерия

Гидротермальные источники

2178

2493

Aeropirum pernix

Аэробная, органотрофная архебактерия

Подводные вулканы (черные курильщики)

669

2620

Эукариоты (грибы, животные, растения)

Saccharamyces

cerevisiae

Дрожжи

Пиво, хлеб, виноградная шелуха

12 069

6300

Caenorhabditis

elegans

Червь-нематода, модельный объект для молекулярно-биологических исследований

Живет в почве, размер около 1 мм

97 000

19 000

Drosophila

melanogaster

Мушка-дрозофила, объект генетических и других исследований

Живет и размножается на органике (гниющие растительные остатки, или на специальной питательной среде)

137 000

14 000

Homo sapiens

Человек

3 200 000

(22 000—25 000)

Фазы клеточного цикла и его регуляляция специальными белками — циклинами

Рис. 5.13. Фазы клеточного цикла и его регуляляция специальными белками — циклинами:

G1 — пресинтетический период цикла; S — синтетический период (репликация ДНК); G2 — постсинтетический период; GO — период покоя; стрелками обозначены точки регуляции клеточного цикла разными циклинами; в квадратах — число хромосом (п) и количество ДНК в разные периоды

клеточного цикла

Интерфаза — период жизни клеток между двумя циклами деления, подразделяется на несколько периодов (Gl, S, G2, GO).

Пресинтетический период (G1) — это период клеточного цикла, наступающий после деления (митоза) клеток. Количество хромосом и содержание ДНК — 2п2с. Продолжительность варьирует от нескольких часов до нескольких суток. В этот период в клетке идут интенсивные синтетические процессы (активно синтезируются белки, РНК разных видов, увеличивается объем клетки, идет подготовка к репликации ДНК).

Синтетический период (S) — это важнейший период в жизни клетки. Осуществляется синтез новых молекул ДНК (репликация). Длительность 6—8 ч. В это же время продолжается активный синтез белков, различных видов РНК, особенно рибосомальных, происходит удвоение центриолей — важных клеточных органоидов, принимающих участие в формировании веретена деления. К концу периода репликация ДНК заканчивается, и каждая хромосома состоит из двух сестринских хро- матид. Тем самым количество хромосом не меняется (2п), а количество ДНК удваивается (4с). Блокада S-периода (например, с помощью химических веществ) полностью останавливает весь клеточный цикл. Особо следует подчеркнуть, что без прохождения клеткой S периода синтеза ДНК вступления клеток в митоз невозможно. Единственное исключение — второе деления мейоза, когда развивающиеся половые клетки не проходят S-период (см. параграф 5.9).

Постсинтетический период (G2) — период активной подготовки клетки к делению. Длительность — 2—6 ч. Количество хромосом и ДНК — 2п, 4с. В этот период продолжается синтез белков, необходимых для формирования веретена деления в митозе. Активно работают митохондрии, синтезируя большое количество АТФ для энергетического обеспечения митоза. Синтез разных видов РНК ослабевает. Среди белков, синтезирующихся в этот период цикла, особое место занимают белки микротрубочек (тубулины) и регуляторные белки, запускающие митоз.

Период покоя (GO). В тканях организмов всегда есть клетки, которые перестали размножаться, это так называемые покоящиеся клетки. У многоклеточных организмов большая часть клеток находится именно в фазе GO, однако их судьба может быть разной.

Если клетка длительное время находится в фазе GO, не изменяет своих морфологических признаков, но сохраняет способность к делению и дифференцировке — такие клетки называются камбиальными, или стволовыми.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >