1. Клеточный цикл
2. Репарация ДНК
3. Хромосомы
4. Митоз
5. Стадии митоза
6. Список использованной литературы

P.S. Организм живет за счет постоянного обновления многих клеток; основу составляет четко контролируемый цикл деления клетки.

а) Клеточный цикл. Жизненный цикл клетки (рис. ниже) соответствует периоду от одного деления клетки до следующего. В организме млекопитающих клетки размножаются непрерывно. Что касается индивидуальной клетки, то ее жизненный цикл часто продолжается всего лишь 10-30 ч.

Процесс начинается с определенной последовательности физических явлений и завершается делением клетки на две дочерних (митоз). Митоз продолжается примерно 30 мин, так что 95% всего времени своей жизни клетка занята не репродукцией, а «повседневной работой», иначе говоря, выполнением своих специфических функций (т. е. находится в интерфазе).

Воспроизведение клетки начинается непосредственно в ее ядре. Первый этап — удвоение (репликация) ДНК в хромосомах, создающее предпосылку для последующего митоза. Удвоение ДНК начинается за 5-10 ч до митоза и длится 4-8 ч. В результате образуются две молекулы ДНК, которые при митозе распределяются между двумя новыми дочерними клетками. После репликации началу митоза предшествует пауза продолжительностью примерно 1-2 ч.

б) Репарация ДНК. Основной задачей в течение паузы между репликацией ДНК и началом митоза является быстрое «контрольное прочитывание» (proofreading) и немедленный «ремонт» (repair) нитей ДНК. Ошибочные последовательности нуклеотидов отслеживаются, и специфические ферменты вырезают дефектные участки, заменяя их на комплементарные нуклеотиды.

Здесь участвуют те же ферменты, что и при репликации, а именно ДНК-полимераза и ДНК-лигаза. Благодаря этим доработкам репликация редко совершается с ошибками. Если все же ошибка случается, в организме возникает мутация. Как следствие, синтезируется дефектный белок и клетка не может функционировать нормально либо погибает.

Если мы теперь представим, что в геноме человека по меньшей мере 30 000 генов и смена поколений происходит, допустим, каждые 30 лет, то можно было бы ожидать, что ребенок получит не менее 10 мутаций родительского генома. Однако существует еще один защитный механизм: в каждом человеческом геноме представлены пары хромосом с практически идентичными генами. Следовательно, несмотря на мутацию одного гена, регуляцию клеточных функций потомка обеспечит второй ген, в большинстве случаев нормальный.

в) Хромосомы. В ядре клетки двойные спирали ДНК упакованы в виде хромосом. Человеческая клетка содержит 46 хромосом, которые составляют 23 пары. Чаще всего гены двух хромосом в каждой паре полностью или почти идентичны друг другу, поэтому считается что различные гены существуют парами.

Помимо ДНК хромосомы содержат большое количество белков, главным образом положительно заряженные гистоны. Эти небольшие тетрамерные молекулы представляют собой белковую глобулу, вокруг которой намотаны спирали ДНК. Гистоновые глобулы, обвитые ДНК, выстраиваются друг за другом, образуя длинные нити. Нити организуются в компактные надструктуры. Гистоны играют важную роль в регуляции активности ДНК.

До тех пор пока ДНК плотно упакована, невозможны ни образование одноцепочечной РНК (транскрипция), ни удвоение ДНК (репликация). Специфические сегменты ДНК просто физически недоступны для полимераз. Однако есть особые регулирующие белки, которые проникают через ядерные поры из цитоплазмы в ядро клетки, деконденсируя определенные его области. Вследствие этого отдельные спирали ДНК высвобождаются и становятся доступными для полимераз. В итоге хромосомы могут реплицироваться, а РНК — транскрибироваться.

Всего за несколько минут из реплицированных ДНК-спиралей и гистонов образуются готовые хромосомы. Две вновь образованные хромосомы до начала митоза остаются скрепленными центральной частью — центромерой. Такие удвоенные, но еще скрепленные хромосомы называются хроматидами.

г) Митоз. Быстро протекающий процесс деления клетки на две дочерних называется митозом. Некоторые из первых событий проходят в цитоплазме. Здесь вблизи полюса клеточного ядра лежат две пары так называемых центриолей. Каждая центриоль — это небольшое цилиндрическое тельце длиной 400 нм и диаметром 150 нм, состоящее из параллельных трубчатых структур. Две центриоли, расположенные под прямым углом друг к другу, составляют пару.

Вместе с перицентриолярным матриксом эта структура называется центросомой. Незадолго до митоза две центриоли центросомы расходятся; их раздвигают встраивающиеся между ними микротрубочки. Одновременно около каждой пары центриолей возникают микротрубочки, радиально расходящиеся из клеточного центра (стадия «материнской звезды»). Некоторые «лучи» этой «звезды» проникают через ядерную мембрану, способствуя разделению двух хроматид. Совокупность микротрубочек и центриолей называется веретеном деления.

д) Стадии митоза. В профазе свободно лежащие нити хромосом уплотняются. В прометафазе фрагментируется ядерная оболочка. Одновременно микротрубочки прикрепляются к центромерам хроматид. Затем микротрубочки тянут одну из пары хроматид к каждому из противоположных полюсов клетки. Во время метафазы две «звезды» аппарата веретена деления расходятся еще дальше. Здесь, вероятно, участвуют молекулярные моторы типа актина. В это же время микротрубочки тянут хроматиды в клеточный центр, где из них формируется экваториальный диск аппарата веретена деления.

В анафазе все 46 пар хроматид отделяются друг от друга и образуют дочерние хромосомы. В телофазу дочерние хромосомы полностью расходятся. Затем веретено деления разрушается, а вокруг каждого набора хромосом развивается новая ядерная оболочка из эндоплазматического ретикулума. Наконец, в центре клетки образуется сократимое кольцо из микрофиламентов (актина и миозина), которое разделяет ее на две дочерние. Так завершается митоз — поразительная последовательность событий, повторяющаяся миллионы раз.

- Рекомендуем ознакомиться далее "Рост клетки - с точки зрения физиологии человека"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 1.7.2024