Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

7.2: Клітинний цикл і поділ клітин

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    5940

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Так багато клітин!

    Дитина на малюнку\(\PageIndex{1}\) має багато чого робити, перш ніж вони стануть такими ж великими, як їх мама. Велика частина їх зростання буде результатом поділу клітин. До того моменту, як малюк стане дорослим, їх організм буде складатися з трильйонів клітин. Розподіл клітин - це лише один з етапів, які проходять всі клітини протягом свого життя. Сюди входять клітини, які шкідливі, наприклад, ракові клітини. Ракові клітини діляться частіше, ніж нормальні клітини і виростають з-під контролю. Насправді саме так викликають захворювання ракові клітини. У цій концепції ви прочитаєте про те, як клітини діляться, які ще стадії проходять клітини, і що змушує ракові клітини ділитися з-під контролю і завдати шкоди організму.

    Мати дитини приєднання обличчя і щасливі.
    Малюк\(\PageIndex{1}\): Дитина і мама

    Клітинний цикл

    Розподіл клітин - це процес, в якому одна клітина, звана батьківською клітиною, ділиться, утворюючи дві нові клітини, які називаються дочірніми клітинами. Як це відбувається, залежить від того, чи є клітина прокаріотичної або еукаріотичної. Ділення клітин у прокаріотів простіше, ніж еукаріот, оскільки самі прокаріотичні клітини простіші. Прокаріотичні клітини мають єдину кругову хромосому, немає ядра і мало інших органел. Еукаріотичні клітини, навпаки, мають множинні хромосоми, що містяться в ядрі та багатьох інших органелах. Всі ці частини комірки повинні бути продубльовані, а потім відокремлені, коли клітинка ділиться. Розподіл клітин - це лише один з декількох етапів, через який клітина проходить протягом свого життя. Клітинний цикл - це повторювана серія подій, які включають ріст, синтез ДНК та поділ клітин. Клітинний цикл у прокаріотів досить простий: клітина росте, її ДНК реплікується, а клітина ділиться. Така форма поділу у прокаріотів називається безстатевим розмноженням. У еукаріотів клітинний цикл ускладнюється.

    Еукаріотичний клітинний цикл

    Малюнок\(\PageIndex{2}\) представляє клітинний цикл еукаріотичної клітини. Як бачите, клітинний цикл еукаріот має кілька фаз. Мітотична фаза (М) включає як мітоз, так і цитокінез. Це коли ядро, а потім і цитоплазма діляться. Інші три фази (G 1, S та G 2), як правило, згруповані як міжфазні. Під час інтерфази клітина росте, виконує рутинні життєві процеси, готується до поділу. Ці фази розглянуті нижче.

    Міжфазні

    Інтерфазу клітинного циклу еукаріот можна поділити на наступні фази (рис.\(\PageIndex{2}\)).

    • Фаза росту 1 (G 1): Клітина проводить більшу частину свого життя у фазі першої розриву (іноді її називають ростом), G 1. Під час цієї фази клітина піддається швидкому зростанню і виконує свої рутинні функції. Під час цієї фази біосинтетична і метаболічна діяльність клітини відбувається з високою швидкістю. Синтез амінокислот і сотень тисяч або мільйонів білків, які потрібні клітині, відбувається під час цієї фази. Протеїни, що виробляються, включають необхідні для реплікації ДНК. Якщо клітина не ділиться, клітина переходить у фазу G 0 з цієї фази.
    • Фаза G 0: Фаза G 0 - це фаза спокою, коли клітина вийшла з циклу і перестала ділитися. Неділящіеся клітини в багатоклітинних еукаріотичних організмах надходять в G 0 з G 1. Ці клітини можуть залишатися в G 0 протягом тривалого періоду часу, навіть нескінченно довго, наприклад, з нейронами. Клітини, які повністю диференційовані, також можуть увійти в G 0. Деякі клітини припиняють ділитися, коли виникають проблеми стійкості або життєздатності дочірніх клітин, наприклад, при пошкодженні або деградації ДНК, процес, який називається клітинним старінням. Клітинне старіння виникає, коли нормальні диплоїдні клітини втрачають здатність ділитися, в нормі приблизно після 50 клітинних поділів.
    • Фаза синтезу (S): Ділячі клітини вступають у фазу синтезу (S) з G 1. Для формування двох генетично ідентичних дочірніх клітин ДНК клітини повинна бути скопійована за допомогою реплікації ДНК. Коли ДНК реплікується, обидві нитки подвійної спіралі використовуються як шаблони для отримання двох нових взаємодоповнюючих ниток. Ці нові нитки потім водню зв'язуються з шаблоном ниток і утворюють дві подвійні спіралі. Під час цієї фази кількість ДНК в клітині фактично подвоїлася, хоча клітина залишається в диплоїдному стані.
    • Фаза росту 2 (G 2): Фаза другого розриву (зростання) (G 2) - це скорочений період росту, в якому відтворюється або виготовляється багато органел. Частини, необхідні для мітозу і поділу клітин, виготовляються під час G 2, включаючи мікротрубочки, використовувані в мітотичному веретені.
    Клітинний цикл
    Малюнок\(\PageIndex{2}\): Еукаріотичний клітинний цикл. Фази першого розриву (G1), синтезу (S) та другого розриву (G2) складають міжфазу (I). Мітотична фаза (жовтий М) включає мітоз (фіолетовий М) і цитокінез. Під час цитокінезу утворюються дві клітини. Деякі клітини не діляться і вони входять в фаг G 0.

    Мітотична фаза

    Перш ніж еукаріотична клітина розділиться, вся ДНК у множинних хромосомах клітини реплікується. Його органели також дублюються. Відбувається це в міжфазі. Потім, коли клітина ділиться (мітотична фаза), це відбувається в два основних етапи, звані мітозом і цитокінезом , обидва з яких більш детально описані в концепції Мітотична фаза: мітоз і цитокінез.

    • Першим етапом мітотичної фази еукаріотичної клітини є мітоз, багатофазний процес, при якому ядро клітини ділиться. Під час мітозу відбувається руйнування ядерної оболонки (мембрани) і пізніше відбувається реформування. Хромосоми також сортуються та відокремлюються, щоб кожна дочірня клітина отримувала повний набір хромосом.
    • Другим важливим етапом є цитокінез. Цей крок, який відбувається і в прокаріотичних клітині, - це коли цитоплазма ділиться і утворюються дві дочірні клітини.
    Таблиця\(\PageIndex{2}\): Резюме клітинного циклу
    Держава Ім'я Опис
    Спокійний старіння Фаза спокою (G0) Фаза спокою, коли клітина вийшла з циклу і перестала ділитися.
    Міжфазні

    1-а фаза росту (G 1)

    Фаза синтезу (S)

    Друга фаза росту (G 2)

    Клітини збільшуються в розмірах в G1. Клітини виконують свою нормальну діяльність.

    Реплікація ДНК відбувається під час цієї фази.

    Клітина продовжить рости, і багато органел будуть ділитися під час своєї фази.
    Розподіл клітин Мітоз (М) Зростання клітин зупиняється на цьому етапі. Мітоз ділить ядро на два ядра з подальшим цитокінезом, який розділяє цитоплазму. Дві генетично ідентичні дочірні клітини результат.

    Контроль клітинного циклу

    Якщо клітинний цикл відбувся без регулювання, клітини можуть перейти від однієї фази до наступної, перш ніж вони будуть готові. Що контролює клітинний цикл? Як клітина знає, коли рости, синтезувати ДНК і ділити? Клітинний цикл контролюється в основному регуляторними білками. Ці білки контролюють цикл, сигналізуючи клітині про початок або затримку наступної фази циклу. Вони гарантують, що клітина завершує попередню фазу, перш ніж рухатися далі. Регуляторні білки контролюють клітинний цикл в ключових контрольних точках, які показані на рис\(\PageIndex{3}\). Існує ряд основних контрольно-пропускних пунктів:

    1. Контрольна точка G1: безпосередньо перед входом у фазу S приймає ключове рішення про те, чи достатньо велика клітина, щоб розділити. Якщо клітина недостатньо велика, вона переходить у період спокою (G 0)
    2. Контрольна точка синтезу ДНК: контрольна точка S визначає, чи правильно реплікована ДНК.
    3. Контрольна точка мітозу: Ця контрольна точка гарантує, що всі хромосоми належним чином вирівняні до того, як клітині буде дозволено ділитися.
    Контрольні точки клітинного циклу
    Малюнок\(\PageIndex{3}\): Контрольні точки в еукаріотичному клітинному циклі гарантують готовність клітини до того, як вона перейде до наступної фази циклу.

    Рак і клітинний цикл

    Рак - це захворювання, яке виникає, коли клітинний цикл більше не регулюється. Це відбувається тому, що ДНК клітини пошкоджується. Це призводить до мутацій в генах, які регулюють клітинний цикл. Пошкодження можуть виникнути внаслідок впливу небезпек, таких як радіація або токсичні хімічні речовини. Ракові клітини зазвичай діляться набагато швидше, ніж нормальні клітини. Вони можуть утворювати масу аномальних клітин, званих пухлиною (див. Рис.\(\PageIndex{4}\)). Швидко діляться клітини займають поживні речовини і простір, необхідний нормальним клітинам. Це може пошкодити тканини і органи і в кінцевому підсумку привести до смерті. Коли в кістковому мозку відбувається неконтрольоване ділення клітин, виробляються аномальні та нефункціональні клітини крові, оскільки поділ відбувається до того, як клітина буде готова до поділу. При цих видах раку немає явної пухлини.

    Розрізаємо нашу товсту кишку поліпами і раковою пухлиною
    Малюнок\(\PageIndex{4}\): Грубий вигляд відкритого зразка товстої кишки, що містить інвазивну колоректальну карциному та два аденоматозні поліпи. Ракові клітини виросли з-під контролю і утворюють пухлину.
    Характеристика: Біологія людини в новині

    Генрієтта Лакс шукала лікування свого раку в університетській лікарні Джона Хопкінса в той час, коли дослідники намагалися виростити людські клітини в лабораторії для медичного тестування. Незважаючи на багато спроб, клітини завжди гинули до того, як вони зазнали багатьох поділів клітин. Лікар місіс Лакс взяв невеликий зразок клітин з її пухлини без її відома і передав їх досліднику Джона Хопкінса, який намагався виростити їх на культуральній тарілці. Вперше в історії людські клітини, вирощені на культурній плиті, продовжували ділити... і ділити і ділити і ділити. Копії клітин Генрієтти «Лакс» - звані клітинами HelA для її імені - досі живі. Насправді в даний час існує багато мільярдів клітин HelA в лабораторіях по всьому світу!

    Флуоресцентно пофарбовані безсмертні клітини HaLe
    Малюстрація\(\PageIndex{5}\): Флуоресцентно пофарбовані клітини HelA. Жінка на ім'я Генрієтта Лакс померла в 1951 році від незвичайної форми раку шийки матки, їй було всього 31 рік. Бідна, афро-американська фермер тютюну і мати п'яти років, вона (або принаймні її клітини) в кінцевому підсумку буде названа безсмертною.

    Чому клітини Генрієтти Лакс жили, коли інші людські клітини цього не зробили, все ще є чимось загадкою, але вони явно надзвичайно витривалі та пружні клітини. До 1953 року, коли дослідники дізналися про свою здатність продовжувати ділитися на невизначений термін, були створені фабрики, щоб почати виробляти клітини комерційно у великих масштабах для медичних досліджень. З тих пір клітини HelA були використані в тисячах досліджень і зробили можливим сотні медичних досягнень. Наприклад, Йонас Салк використовував клітини на початку 1950-х років для тестування своєї вакцини проти поліомієліту. Протягом десятиліть з тих пір хелаклітини використовувалися для здійснення важливих відкриттів у вивченні раку, СНІДу та багатьох інших захворювань. Клітини навіть були відправлені в космос на ранніх космічних місіях, щоб дізнатися, як людські клітини реагують на нульову гравітацію. Клітини HelA також були першими людськими клітинами, коли-небудь клонованими, і їх гени були одними з перших, коли-небудь відображених. Переоцінити глибоке значення хелаклітин для біології та медицини людини практично неможливо.

    Ви могли б подумати, що ім'я Генрієтти Лакс буде добре відомим в історії хвороби за її безпрецедентний внесок у біомедичні дослідження. Однак до 2010 року її історія була практично невідома. Того року наукова письменниця на ім'я Ребекка Склоут опублікувала документальну книгу про Генрієтту Лакс, названу Безсмертним життям Генрієтти Лакс. Грунтуючись на десятилітніх дослідженнях, книга клепає, і вона стала майже миттєвим бестселером. Станом на 2016 рік Опра Уінфрі і її співробітники планували зняти фільм за мотивами книги, а в останні роки в пресі з'явилися численні статті про Генрієтту Лакс.

    За іронією долі, сама Генрієтта ніколи не знала, що її клітини були взяті, як і її сім'я. Поки її клітини заробляли багато грошей і будували наукову кар'єру, її діти жили в бідності, занадто бідні, щоб дозволити собі медичне страхування. Історія Генрієтти Лакс та її безсмертних клітин піднімає етичні питання щодо тканин людини та того, хто контролює їх у біомедичних дослідженнях. Однак немає сумнівів, що Генрієтта Лакс заслуговує набагато більшого визнання за свій внесок у розвиток науки та медицини.

    Рецензія

    1. Які дві основні фази клітинного циклу в еукаріотичній клітині?
    2. Опишіть три фази інтерфази в еукаріотичній клітині.
    3. Поясніть, як контролюється клітинний цикл.
    4. Як рак пов'язаний з клітинним циклом?
    5. Які два основні етапи поділу клітин в еукаріотичній клітині?
    6. У якій фазі еукаріотичного клітинного циклу клітини зазвичай проводять більшу частину свого життя?
    7. Які фази клітинного циклу матимуть клітини з подвоєною кількістю ДНК? Поясніть свою відповідь.
    8. Якщо є пошкодження гена, який кодує для регуляторного білка клітинного циклу, що, на вашу думку, може статися? Поясніть свою відповідь.
    9. Правда чи брехня. Клітини йдуть в G 0, якщо вони не проходять контрольну точку G 1.
    10. У якій фазі в інтерфазі клітина робить остаточні препарати для поділу?
      1. Мітоз
      2. цитокінез
      3. Г 2
      4. S
    11. Що намагалися зробити вчені, коли брали пухлинні клітини у Генрієтти Лакс? Чому вони спеціально використовували пухлинні клітини, щоб спробувати досягти своєї мети?

    Дізнатися більше

    https://bio.libretexts.org/link?16754#Explore_More

    На відео нижче розглядається клітинний цикл і те, як він пов'язаний з раком.

    Атрибуції

    1. Жінка тримає дитину від М.Т. ElGassier, через ліцензію Unsplash
    2. Клітинний цикл Зефірісом, CC BY-SA 3.0 Wikimedia Commons
    3. Контрольні точки клітинного циклу від Lumen Learning, CC BY 4.0
    4. Рак товстої кишки Еммануельма, CC BY 3.0 через Wikimedia Commons
    5. Клітини HelA Національних інститутів охорони здоров'я (NIH), публічне надбання через Wikimedia Commons
    6. Текст адаптований з біології людини CK-12 ліцензований CC BY-NC 3.0