La riproduzione e lo sviluppo degli organismi, la trasmissione delle informazioni ereditarie e la rigenerazione si basano sulla divisione cellulare. La cellula in quanto tale esiste solo nell'intervallo di tempo tra le divisioni.

Il periodo di esistenza di una cellula dal momento in cui inizia a formarsi dividendo la cellula madre (cioè in questo periodo è inclusa anche la divisione stessa) fino al momento della sua stessa divisione o morte è chiamato vitale O ciclo cellulare.

Il ciclo vitale della cellula si divide in più fasi:

• fase di fissione (questa fase in cui avviene la divisione mitotica);
• fase di crescita (immediatamente dopo la divisione inizia la crescita cellulare, aumenta di volume e raggiunge una dimensione specifica);
• fase di riposo (in questa fase il destino della cellula non è ancora stato deciso: la cellula può iniziare a prepararsi alla divisione, oppure seguire il percorso della specializzazione);
• fase di differenziazione (specializzazione) (arriva alla fine della fase di crescita - in questo momento la cellula riceve alcune caratteristiche strutturali e funzionali);
• fase di maturità (il periodo di funzionamento della cellula, l'esecuzione di determinate funzioni, a seconda della specializzazione);
• fase di invecchiamento (periodo di indebolimento delle funzioni vitali di una cellula, che termina con la sua divisione o morte).

La durata del ciclo cellulare e il numero di fasi in esso incluse sono diversi nelle cellule. Ad esempio, le cellule del tessuto nervoso dopo la fine del periodo embrionale smettono di dividersi e funzionare per tutta la vita dell'organismo, e poi muoiono. Un altro esempio, le cellule embrionali. Nella fase di frantumazione, completata una divisione, si passa immediatamente a quella successiva, scavalcando contemporaneamente tutte le altre fasi.

Esistono i seguenti metodi di divisione cellulare:

1. mitosi o cariocinesi - divisione indiretta;
2. meiosi o divisione di riduzione - divisione, che è caratteristica della fase di maturazione delle cellule germinali o della formazione di spore nelle piante sporali superiori.

La mitosi è un processo continuo, a seguito del quale si verifica prima il raddoppio e quindi una distribuzione uniforme del materiale ereditario tra le cellule figlie. Come risultato della mitosi compaiono due cellule, ciascuna delle quali contiene lo stesso numero di cromosomi contenuti nella cellula madre. Perché i cromosomi delle cellule figlie derivano dai cromosomi materni con l'aiuto di una precisa replicazione del DNA, i loro geni hanno esattamente le stesse informazioni ereditarie. Le cellule figlie sono geneticamente identiche alla cellula madre.
Pertanto, durante la mitosi, avviene l'esatta trasmissione delle informazioni ereditarie dalle cellule madri a quelle figlie. Il numero di cellule nel corpo aumenta a causa della mitosi, che è uno dei principali meccanismi di crescita. Va ricordato che le cellule con diversi set cromosomici possono dividersi per mitosi - non solo diploidi (cellule somatiche della maggior parte degli animali), ma anche aploidi (molte alghe, gametofiti di piante superiori), triploidi (endosperma delle angiosperme) o poliploidi.

Esistono molti tipi di piante e animali che si riproducono asessualmente con una sola divisione cellulare mitotica, cioè La mitosi è la base della riproduzione asessuata. Grazie alla mitosi avviene la sostituzione delle cellule e la rigenerazione delle parti del corpo perse, che in un modo o nell'altro è sempre presente in tutti gli organismi multicellulari. La divisione cellulare mitotica procede sotto completo controllo genetico. La mitosi è l'evento centrale del ciclo cellulare mitotico.

Ciclo mitotico - un complesso di eventi interconnessi e cronologicamente determinati che si verificano durante la preparazione della cellula alla divisione e durante la divisione cellulare stessa. In diversi organismi, la durata del ciclo mitotico può variare notevolmente. I cicli mitotici più brevi si riscontrano nello schiacciamento delle uova di alcuni animali (ad esempio, in un pesce rosso, le prime divisioni dello schiacciamento avvengono ogni 20 minuti). La durata più comune dei cicli mitotici è di 18-20 ore. Esistono anche cicli che durano più giorni. Anche in organi e tessuti diversi dello stesso organismo la durata del ciclo mitotico può essere diversa. Ad esempio, nei topi, le cellule del tessuto epiteliale del duodeno si dividono ogni 11 ore, il digiuno - ogni 19 ore e nella cornea dell'occhio - ogni 3 giorni.

Quali siano esattamente i fattori che inducono una cellula alla mitosi non sono noti agli scienziati. Si presume che il ruolo principale qui sia svolto dal rapporto nucleo-citoplasma (il rapporto tra i volumi del nucleo e del citoplasma). Esistono anche prove che le cellule morenti producono sostanze che possono stimolare la divisione cellulare.

Ci sono due eventi principali nel ciclo mitotico: interfase e in realtà divisione .

Le nuove cellule si formano in due processi sequenziali:

1. mitosi che porta al raddoppio del nucleo;
2. citocinesi - divisione del citoplasma, in cui compaiono due cellule figlie, che contengono ciascuna un nucleo figlia.

La divisione cellulare stessa richiede solitamente 1-3 ore, quindi la maggior parte della vita cellulare si svolge nell'interfase. Interfase Viene chiamato l'intervallo di tempo tra due divisioni cellulari. La durata dell'interfase è solitamente fino al 90% dell'intero ciclo cellulare. L'interfase è composta da tre periodi: presintetico o G1, sintetico o S, e postsintetico o G2.

Presintetico periodo è il periodo più lungo dell'interfase, la sua durata va da 10 ore a diversi giorni. Immediatamente dopo la divisione, vengono ripristinate le caratteristiche dell'organizzazione della cellula interfase: la formazione del nucleolo è completata, avviene un'intensa sintesi di proteine ​​nel citoplasma, che porta ad un aumento della massa cellulare, una fornitura di precursori del DNA, si formano enzimi che catalizzano la reazione di replicazione del DNA, ecc. Quelli. nel periodo presintetico avvengono processi di preparazione al periodo successivo dell'interfase, quello sintetico.

Durata sintetico il periodo può variare: nei batteri è di diversi minuti, nelle cellule dei mammiferi può arrivare fino a 6-12 ore. Durante il periodo sintetico, avviene il raddoppio delle molecole di DNA, l'evento principale dell'interfase. In questo caso, ciascun cromosoma diventa bicromatoide e il loro numero non cambia. Contemporaneamente alla replicazione del DNA nel citoplasma, avviene un intenso processo di sintesi delle proteine ​​che compongono i cromosomi.

Nonostante il fatto che il periodo si chiami G 2 postsintetico , i processi di sintesi in questa fase dell'interfase continuano. Si chiama postsintetico solo perché inizia dopo la fine del processo di sintesi del DNA (replicazione). Se nel periodo pre-sintetico viene effettuata la crescita e la preparazione per la sintesi del DNA, nel periodo post-sintetico la cellula viene preparata per la divisione, che è anche caratterizzata da processi di sintesi intensivi. Durante questo periodo continua il processo di sintesi delle proteine ​​che compongono i cromosomi; vengono sintetizzate sostanze energetiche ed enzimi necessari per garantire il processo di divisione cellulare; inizia la spiralizzazione dei cromosomi, vengono sintetizzate le proteine ​​necessarie alla costruzione dell'apparato mitotico della cellula (il fuso di divisione); si verifica un aumento della massa del citoplasma e aumenta notevolmente il volume del nucleo. Alla fine del periodo postsintetico la cellula inizia a dividersi.

divisione cellulare- un insieme di processi grazie ai quali da una cellula madre si formano due o più cellule figlie. La divisione cellulare è la base biologica della vita. Nel caso degli organismi unicellulari, nuovi organismi si formano a causa della divisione cellulare. Negli organismi multicellulari, la divisione cellulare è associata alla riproduzione asessuata e sessuale, alla crescita e al ripristino di molte delle loro strutture. Il compito principale della divisione cellulare è il trasferimento delle informazioni ereditarie alla generazione successiva. Le cellule procariotiche non hanno un nucleo formato, quindi la loro divisione cellulare in due cellule figlie più piccole, note come separazione binaria, reso più semplice e veloce. Negli eucarioti esistono diversi tipi di divisione cellulare:

divisione mitotica- divisione, in cui da una cellula madre si formano due cellule figlie con lo stesso corredo cromosomico (per le cellule somatiche)

divisione meiotica - divisione, in cui da una cellula madre si formano quattro cellule figlie con un mezzo set di cromosomi (aploidi) (negli organismi con riproduzione sessuale)

gemmazione - divisione in cui da una cellula madre si formano due cellule figlie, una delle quali è più grande dell'altra (ad esempio nel lievito)

divisione multipla(schizogonia) - divisione in cui molte cellule figlie si formano da una cellula madre (ad esempio, nel plasmodio malarico).

La divisione cellulare fa parte del ciclo cellulare. ciclo cellulare- questo è il periodo di esistenza di una cellula da una divisione all'altra. La durata di questo periodo varia nei diversi organismi (ad esempio nei batteri - 20-30 minuti, nei leucociti umani - 4-5 giorni) e dipende dall'età, dalla temperatura, dalla quantità di DNA, dal tipo di cellula e simili. Negli organismi unicellulari il ciclo cellulare coincide con la vita di un individuo, mentre negli organismi multicellulari, nelle cellule del corpo che si dividono continuamente, coincide con il ciclo mitotico. I processi molecolari che si verificano durante il ciclo cellulare sono sequenziali. È impossibile eseguire il ciclo cellulare nella direzione opposta. Una caratteristica importante di tutti gli eucarioti è che le fasi trasversali del ciclo cellulare sono soggette ad una precisa coordinazione. Una fase del ciclo cellulare viene sostituita da un'altra in un ordine rigorosamente stabilito e prima dell'inizio della fase successiva tutti i processi biochimici caratteristici della fase precedente devono essere completati correttamente. Le interruzioni durante il ciclo cellulare possono portare ad anomalie cromosomiche. Ad esempio, parte dei cromosomi può andare perduta, distribuita in modo inadeguato tra due cellule figlie e simili. Anomalie cromosomiche simili sono caratteristiche delle cellule tumorali. Esistono due classi principali di molecole regolatrici che dirigono il ciclo cellulare. Queste sono cicline e chinasi enzimatiche ciclina-dipendenti. L. Hartwell, R. Hunt e P. Nurse hanno ricevuto nel 2001 il Premio Nobel per la Medicina e la Fisiologia per la loro scoperta di queste molecole centrali nella regolazione del ciclo cellulare.

I periodi principali del ciclo cellulare sono l'interfase, la mitosi e la citocinesi.

ciclo cellulare= Interfase + Mitosi + Citocinesi

Interfase (lat. Inter - tra, fase - apparenza) - il periodo tra le divisioni cellulari o dalla divisione cellulare alla sua morte.

La durata dell'interfase, di norma, arriva fino al 90% del tempo dell'intero ciclo cellulare. Il segno principale delle cellule in interfase è lo stato desspiralizzato della cromatina. Nelle cellule che hanno perso la capacità di dividersi (ad esempio i neuroni), l'interfase sarà il periodo che va dall'ultima mitosi alla morte cellulare.

L'interfase garantisce la crescita cellulare, il raddoppio delle molecole di DNA, la sintesi di composti organici, la riproduzione dei mitocondri, accumula energia nell'ATP, necessaria per garantire la divisione cellulare.

L'interfase comprende periodi presintetici, sintetici e postsintetici. Periodo presintetico(Fase G1) - caratterizzata dalla crescita cellulare. Durante questo periodo, che è il più lungo, le cellule crescono, si differenziano e svolgono le loro funzioni. Nelle cellule differenziate che non si dividono più, non esiste la fase G1 nel ciclo cellulare. Tali cellule sono in un periodo dormiente (fase G0). Periodo sintetico(Fase S) è il periodo in cui l'evento principale è la duplicazione del DNA. Ogni cromosoma in questo periodo diventa bicromatidico. Periodo postsintetico(Fase G2) - il periodo di preparazione immediata alla mitosi.

Principali eventi durante l'interfase

periodo	Processi fondamentali
Presintetico(Fase G1, la più lunga, da 10 ore a diversi giorni)	■ formazione dei principali organelli; ■ il nucleolo produce mRNA, tRNA, rRNA; ■ processi biosintetici intensivi e crescita cellulare potenziata
Sintetico(Fase S, la sua durata è di 6-10 ore)	■ replicazione del DNA e sintesi degli istoni e trasformazione del cromosoma in una struttura a doppio cromatide; ■ raddoppio dei centrioli
Postsintetico(Fase G2, la sua durata è di 3-4 ore)	■ divisione, formazione dei principali nuovi organelli; ■ distruzione del citoscheletro; ■ sintesi potenziata di proteine, lipidi, carboidrati, RNA, ATP, ecc. |

La mitosi è il principale tipo di divisione cellulare degli eucarioti. Questa sezione è composta da 4 fasi ( profase, metafase, anafase, telofase) e dura da alcuni minuti a 2-3 ore.

Tsntokinez(O citotomia) - divisione del citoplasma di una cellula eucariotica, che avviene dopo che nella cellula è avvenuta la divisione del nucleo (mitosi). Nella maggior parte dei casi, il citoplasma e gli organelli della cellula sono distribuiti approssimativamente equamente tra le cellule figlie. Un'eccezione è l'ovogenesi, durante la quale il futuro uovo riceve quasi tutto il citoplasma e gli organelli, mentre i corpi polari non ne contengono quasi nessuno e presto muoiono. Nei casi in cui la divisione nucleare non è accompagnata da citocinesi, si formano cellule multinucleate (ad esempio fibre muscolari incrociate). La citocinesi avviene immediatamente dopo la telofase. Nelle cellule animali, durante la telofase, la membrana plasmatica comincia a ripiegarsi verso l'interno a livello equatoriale (sotto l'azione dei microfilamenti) e divide la cellula a metà. Nelle cellule vegetali all'equatore, il corpo è formato da microfilamenti - fragmoblasto. Mitocondri, RE, apparato del Golgi, ribosomi si muovono verso di esso. Le bolle dell'apparato di Golgi si uniscono e formano una piastra cellulare, che cresce e si fonde con la parete cellulare della cellula madre.

BIOLOGIA +apoptosiè un fenomeno di morte cellulare programmata. A differenza di un altro tipo di morte cellulare: la necrosi- durante l'apoptosi non si verifica la distruzione della membrana citoplasmatica e, di conseguenza, il contenuto della cellula non entra nell'ambiente extracellulare. Una caratteristica è la frammentazione del DNA in frammenti da parte di uno specifico enzima endonucleasi. Il processo di apoptosi è necessario per la regolazione fisiologica del numero di cellule nel corpo, per la distruzione delle cellule vecchie, per la caduta delle foglie autunnali, per l'effetto citotossico dei linfociti killer, per l'embriogenesi del corpo, ecc. Violazione di l'apoptosi cellulare normale porta alla riproduzione cellulare incontrollata e alla comparsa di un tumore.

introduzione

La natura del ciclo cellulare è stata chiarita in seguito allo studio delle cellule mutanti che crescono e si dividono a basse temperature (34 gradi C per le cellule di mammifero, 23 gradi C per le cellule di lievito). Tali mutanti sensibili alla temperatura di solito hanno una proteina alterata che funziona solo a bassa temperatura. E nella maggior parte di questi mutanti, la crescita viene interrotta subito dopo l’aumento della temperatura. Tuttavia, alcuni mutanti smettono di crescere solo quando la cellula raggiunge un certo stadio del ciclo, come l’inizio della sintesi del DNA, della divisione nucleare o della citocinesi. I mutanti del ciclo cellulare sono stati studiati meglio nel lievito di birra (Saccharomyces cerevisiae): hanno mutanti isolati per più di 35 diversi geni del ciclo di divisione cellulare (cdc). Su questi mutanti è stata studiata la relazione tra le funzioni di alcune proteine ​​e il ciclo cellulare .

Secondo la definizione dell'enciclopedia libera del 2008, il ciclo cellulare è una sequenza unidirezionale concordata di eventi durante i quali la cellula attraversa successivamente i suoi diversi periodi senza saltarli o tornare alle fasi precedenti. Il ciclo cellulare termina con la divisione della cellula originaria in due cellule figlie.

Lo scopo di questo studio astratto è rivelare i principi del ciclo cellulare, le sue caratteristiche e il suo significato.

Ciclo cellulare, periodi

Il ciclo cellulare comprende una serie strettamente deterministica di processi sequenziali, secondo la posizione di Hartwell, 1995. La cellula deve raddoppiare tutti i suoi componenti e la sua massa tra due divisioni successive. Pertanto, il ciclo cellulare è composto da due periodi:

1) un periodo di crescita cellulare chiamato "interfase", e

2) il periodo della divisione cellulare, chiamato “fase M” (dalla parola mitosi). A loro volta, in ciascun periodo si distinguono più fasi (Fig. 3).

Tipicamente, l'interfase occupa almeno il 90% del tempo dell'intero ciclo cellulare. Ad esempio, nelle cellule degli eucarioti superiori che si dividono rapidamente, le divisioni successive avvengono una volta ogni 16-24 ore e ciascuna fase M dura 1-2 ore. La maggior parte dei componenti cellulari sono sintetizzati durante l'intera interfase, il che rende difficile distinguere i singoli stadi al suo interno, secondo Pardee, 1989. Nell'interfase, la fase G1, la fase S e la fase G2 sono isolate. Il periodo di interfase, in cui avviene la replicazione del DNA del nucleo cellulare, è stato chiamato "fase S" (dalla parola sintesi). Il periodo tra la fase M e l'inizio della fase S è designato come fase G1 (dalla parola gap - gap), e il periodo tra la fine della fase S e la successiva fase M è designato come fase G2. Il periodo di divisione cellulare (fase M) comprende due fasi: mitosi (divisione del nucleo cellulare) e citocinesi (divisione del citoplasma). A sua volta, la mitosi è divisa in cinque fasi (Fig. 3), che in vivo formano una sequenza dinamica. La descrizione della divisione cellulare si basa sui dati della microscopia ottica in combinazione con la microfilmatura e sui risultati della microscopia ottica ed elettronica di cellule fissate e colorate.

L’insieme ripetitivo di eventi che assicurano la divisione delle cellule eucariotiche è chiamato ciclo cellulare. La durata del ciclo cellulare dipende dal tipo di cellule in divisione. Alcune cellule, ad esempio i neuroni umani, dopo aver raggiunto lo stadio di differenziazione terminale, smettono del tutto di dividersi. Le cellule dei polmoni, dei reni o del fegato in un organismo adulto iniziano a dividersi solo in risposta al danno agli organi corrispondenti. Le cellule epiteliali intestinali si dividono nel corso della vita di una persona. Anche nelle cellule in rapida proliferazione, la preparazione alla divisione dura circa 24 ore.Il ciclo cellulare è suddiviso in fasi: Mitosi - Fase M, divisione del nucleo cellulare. La fase G1 è il periodo prima della sintesi del DNA. Fase S: ​​il periodo di sintesi (replicazione del DNA). Fase G2: il periodo tra la sintesi del DNA e la mitosi. Interfase - un periodo che comprende le fasi G1, S e G2. La citocinesi è la divisione del citoplasma. Punto di restrizione, punto R: il momento nel ciclo cellulare in cui il progresso della cellula verso la divisione diventa irreversibile. Fase G0 - lo stato delle cellule che hanno raggiunto un monostrato o sono prive di un fattore di crescita nella fase G1 iniziale.

La divisione cellulare (mitosi o meiosi) è preceduta dal raddoppio dei cromosomi, che avviene nel periodo S del ciclo cellulare (Fig. 1). Il punto è indicato dalla prima lettera della parola sintesi: sintesi del DNA. Dalla fine del periodo S alla fine della metafase, il nucleo contiene quattro volte più DNA del nucleo di uno spermatozoo o di un ovulo e ciascun cromosoma è costituito da due cromatidi fratelli identici. Durante la mitosi, i cromosomi si condensano e alla fine della profase o all'inizio della metafase diventano visibili al microscopio ottico. Per l'analisi citogenetica vengono solitamente utilizzati preparati di cromosomi in metafase.

All’inizio dell’anafase i centromeri dei cromosomi omologhi si separano e i cromatidi divergono ai poli opposti del fuso mitotico. Dopo che serie complete di cromatidi (d'ora in poi chiameremo cromosomi) si sono spostate ai poli, attorno a ciascuno di essi si forma una membrana nucleare, che forma i nuclei di due cellule figlie (la distruzione della membrana nucleare della cellula madre è avvenuta all'estremità della profase). Le cellule figlie entrano nel periodo G1 e solo in preparazione alla divisione successiva entrano nel periodo S e in esse avviene la replicazione del DNA.

Le cellule con funzioni specializzate che non entrano nella mitosi per molto tempo o che hanno perso del tutto la capacità di dividersi si trovano in uno stato chiamato periodo G0. La maggior parte delle cellule del corpo sono diploidi, ovvero hanno due serie di cromosomi aploidi (la serie aploide è il numero di cromosomi nei gameti, nell'uomo è 23 cromosomi e la serie diploide di cromosomi è 46). Nelle gonadi, i precursori delle cellule germinali subiscono prima una serie di divisioni mitotiche, per poi entrare nella meiosi, il processo di formazione dei gameti, costituito da due divisioni successive. Nella meiosi i cromosomi omologhi si accoppiano (1° cromosoma paterno con 1° cromosoma materno, ecc.), dopodiché, durante il cosiddetto crossover, avviene la ricombinazione, cioè lo scambio di sezioni tra i cromosomi paterni e materni. Di conseguenza, la composizione genetica di ciascuno dei cromosomi cambia qualitativamente.

Nella prima divisione della meiosi, i cromosomi omologhi divergono (e non i cromatidi fratelli, come nella mitosi), a seguito dei quali si formano cellule con un insieme aploide di cromosomi, ciascuno dei quali contiene 22 autosomi raddoppiati e un cromosoma sessuale raddoppiato. Tra la prima e la seconda divisione della meiosi non c'è il periodo S (Fig. 2, a destra) e i cromatidi fratelli divergono nelle cellule figlie nella seconda divisione. Di conseguenza, si formano cellule con un set di cromosomi aploidi, in cui il DNA è la metà rispetto alle cellule somatiche diploidi nel periodo G1 e 4 volte inferiore rispetto alle cellule somatiche alla fine del periodo S.

Durante la fecondazione, il numero di cromosomi e il contenuto di DNA dello zigote diventano gli stessi della cellula somatica nel periodo G1. Il periodo S nello zigote apre la strada alla divisione regolare, caratteristica delle cellule somatiche.

Questa lezione ti consente di studiare in modo indipendente l'argomento "Ciclo di vita cellulare". In esso parleremo di ciò che gioca un ruolo importante nella divisione cellulare, di ciò che trasmette le informazioni genetiche da una generazione all'altra. Studierai anche l'intero ciclo di vita di una cellula, chiamato anche la sequenza di eventi che si verificano dal momento in cui una cellula si forma fino alla sua divisione.

Argomento: riproduzione e sviluppo individuale degli organismi

Lezione: Ciclo di vita di una cellula

1. Ciclo cellulare

Secondo la teoria cellulare, le nuove cellule nascono solo attraverso la divisione delle cellule madri precedenti. I cromosomi, che contengono molecole di DNA, svolgono un ruolo importante nei processi di divisione cellulare, poiché assicurano il trasferimento delle informazioni genetiche da una generazione all'altra.

Pertanto è molto importante che le cellule figlie ricevano la stessa quantità di materiale genetico, ed è del tutto naturale che prima divisione cellulare si verifica un raddoppio del materiale genetico, cioè della molecola di DNA (Fig. 1).

Cos'è il ciclo cellulare? Ciclo di vita cellulare- la sequenza di eventi che si verificano dal momento della formazione di una determinata cellula fino alla sua divisione in cellule figlie. Secondo un'altra definizione, il ciclo cellulare è la vita di una cellula dal momento in cui appare come risultato della divisione della cellula madre fino alla propria divisione o morte.

Durante il ciclo cellulare, la cellula cresce e cambia in modo tale da svolgere con successo le sue funzioni in un organismo multicellulare. Questo processo è chiamato differenziazione. Quindi la cellula svolge con successo le sue funzioni per un certo periodo di tempo, dopodiché procede alla divisione.

È chiaro che tutte le cellule di un organismo pluricellulare non possono dividersi all'infinito, altrimenti tutti gli esseri, compreso l'uomo, sarebbero immortali.

Riso. 1. Un frammento di una molecola di DNA

Ciò non accade, perché nel DNA ci sono "geni della morte" che si attivano in determinate condizioni. Sintetizzano alcune proteine-enzimi che distruggono la struttura della cellula, i suoi organelli. Di conseguenza, la cellula si restringe e muore.

Questa morte cellulare programmata è chiamata apoptosi. Ma nel periodo che va dal momento in cui la cellula appare all'apoptosi, la cellula subisce molte divisioni.

2. Fasi del ciclo cellulare

Il ciclo cellulare è composto da 3 fasi principali:

1. Interfase: un periodo di crescita intensiva e biosintesi di alcune sostanze.

2. Mitosi o cariocinesi (fissione del nucleo).

3. Citocinesi (divisione del citoplasma).

Caratterizziamo le fasi del ciclo cellulare in modo più dettagliato. Quindi la prima è l'interfase. L'interfase è la fase più lunga, un periodo di sintesi e crescita intensiva. La cellula sintetizza molte sostanze necessarie per la sua crescita e lo svolgimento di tutte le sue funzioni inerenti. Durante l'interfase avviene la replicazione del DNA.

La mitosi è il processo di divisione nucleare, in cui i cromatidi si separano gli uni dagli altri e vengono ridistribuiti sotto forma di cromosomi tra le cellule figlie.

La citocinesi è il processo di divisione del citoplasma tra due cellule figlie. Di solito sotto il nome di mitosi, la citologia combina le fasi 2 e 3, cioè la divisione cellulare (cariocinesi) e la divisione del citoplasma (citocinesi).

3. Interfase

Caratterizziamo l'interfase in modo più dettagliato (Fig. 2). L'interfase è composta da 3 periodi: G1, S e G2. Il primo periodo, presintetico (G1), è la fase di crescita cellulare intensiva.

Riso. 2. Le principali fasi del ciclo di vita cellulare.

È qui che avviene la sintesi di alcune sostanze, questa è la fase più lunga che segue la divisione cellulare. In questa fase si accumulano le sostanze e l'energia necessarie per il periodo successivo, cioè per il raddoppio del DNA.

Secondo i concetti moderni, nel periodo G1 vengono sintetizzate sostanze che inibiscono o stimolano il periodo successivo del ciclo cellulare, vale a dire il periodo sintetico.

Il periodo sintetico (S) dura solitamente dalle 6 alle 10 ore, a differenza del periodo pre-sintetico, che può durare fino a diversi giorni e comprende la duplicazione del DNA, nonché la sintesi di proteine, come le proteine ​​istoniche, che possono formare cromosomi. Alla fine del periodo sintetico, ciascun cromosoma è costituito da due cromatidi collegati tra loro da un centromero. Durante questo periodo i centrioli raddoppiano.

Il periodo post-sintetico (G2) avviene immediatamente dopo il raddoppio dei cromosomi. Dura dalle 2 alle 5 ore.

Nello stesso periodo viene accumulata l'energia necessaria per l'ulteriore processo di divisione cellulare, cioè direttamente per la mitosi.

Durante questo periodo avviene la divisione dei mitocondri e dei cloroplasti e vengono sintetizzate le proteine, che successivamente formeranno i microtubuli. I microtubuli, come sapete, formano il filo del fuso e ora la cellula è pronta per la mitosi.

4. Processo di duplicazione del DNA

Prima di procedere alla descrizione dei metodi di divisione cellulare, consideriamo il processo di duplicazione del DNA, che porta alla formazione di due cromatidi. Questo processo avviene nel periodo sintetico. La duplicazione di una molecola di DNA è chiamata replicazione o riduplicazione (Fig. 3).

Riso. 3. Il processo di replicazione del DNA (reduplicazione) (periodo sintetico di interfase). L'enzima elicasi (verde) svolge la doppia elica del DNA e le DNA polimerasi (blu e arancione) completano i nucleotidi complementari.

Durante la replicazione, parte della molecola di DNA materno viene sciolta in due filamenti con l'aiuto di uno speciale enzima, l'elicasi. Inoltre, ciò si ottiene rompendo i legami idrogeno tra le basi azotate complementari (A-T e G-C). Inoltre, per ciascun nucleotide dei filamenti di DNA dispersi, l'enzima DNA polimerasi aggiusta il suo nucleotide complementare.

Pertanto, si formano due molecole di DNA a doppio filamento, ciascuna delle quali comprende un filamento della molecola madre e un nuovo filamento figlia. Queste due molecole di DNA sono assolutamente identiche.

È impossibile svolgere l'intera grande molecola di DNA per la replicazione allo stesso tempo. Pertanto, la replicazione inizia in sezioni separate della molecola di DNA, si formano brevi frammenti che vengono poi cuciti in un lungo filo utilizzando determinati enzimi.

La durata del ciclo cellulare dipende dal tipo di cellula e da fattori esterni come la temperatura, la presenza di ossigeno, la presenza di nutrienti. Ad esempio, in condizioni favorevoli, le cellule batteriche si dividono ogni 20 minuti, le cellule epiteliali intestinali ogni 8-10 ore e le cellule sulla punta delle radici della cipolla si dividono ogni 20 ore. E alcune cellule del sistema nervoso non si dividono mai.

L'emergere della teoria cellulare

Nel XVII secolo, il medico inglese Robert Hooke (Fig. 4), utilizzando un microscopio ottico fatto in casa, vide che il sughero e altri tessuti vegetali sono costituiti da piccole cellule separate da partizioni. Le chiamava cellule.

Riso. 4. Robert Hooke

Nel 1738 il botanico tedesco Matthias Schleiden (Fig. 5) giunse alla conclusione che i tessuti vegetali sono costituiti da cellule. Esattamente un anno dopo, lo zoologo Theodor Schwann (Fig. 5) arrivò alla stessa conclusione, ma solo per quanto riguarda i tessuti animali.

Riso. 5. Matthias Schleiden (a sinistra) Theodor Schwann (a destra)

Concluse che i tessuti animali, come i tessuti vegetali, sono costituiti da cellule e che le cellule sono la base della vita. Sulla base dei dati cellulari, gli scienziati hanno formulato una teoria cellulare.

Riso. 6. Rudolf Virchow

Dopo 20 anni Rudolf Virchow (Fig. 6) ampliò la teoria cellulare e giunse alla conclusione che le cellule possono derivare da altre cellule. Scrisse: “Dove esiste una cellula, deve esserci una cellula precedente, così come gli animali provengono solo da un animale, e le piante solo da una pianta... Tutte le forme viventi, siano esse organismi animali o vegetali, o le loro parti costitutive , sono dominati dalla legge eterna dello sviluppo continuo.

La struttura dei cromosomi

Come sapete, i cromosomi svolgono un ruolo chiave nella divisione cellulare poiché trasportano le informazioni genetiche da una generazione a quella successiva. I cromosomi sono costituiti da una molecola di DNA legata alle proteine ​​tramite istoni. I ribosomi contengono anche una piccola quantità di RNA.

Nelle cellule in divisione, i cromosomi si presentano sotto forma di fili lunghi e sottili, distribuiti uniformemente in tutto il volume del nucleo.

I singoli cromosomi sono indistinguibili, ma il loro materiale cromosomico è colorato con coloranti basici ed è chiamato cromatina. Prima della divisione cellulare, i cromosomi (Fig. 7) si ispessiscono e si accorciano, il che consente loro di essere chiaramente visibili al microscopio ottico.

Riso. 7. Cromosomi nella profase 1 della meiosi

In uno stato disperso, cioè allungato, i cromosomi partecipano a tutti i processi di biosintesi o regolano i processi di biosintesi e durante la divisione cellulare questa funzione viene sospesa.

In tutte le forme di divisione cellulare, il DNA di ciascun cromosoma viene replicato in modo da formare due filamenti di DNA polinucleotidici identici e doppi.

Riso. 8. La struttura del cromosoma

Queste catene sono circondate da un rivestimento proteico e all'inizio della divisione cellulare sembrano fili identici affiancati. Ogni filo è chiamato cromatide ed è collegato al secondo filo da un'area non colorante, chiamata centromero (Fig. 8).

Compiti a casa

1. Cos'è il ciclo cellulare? In quali fasi è composto?

2. Cosa succede alla cellula durante l'interfase? Quali sono le fasi dell'interfase?

3. Cos'è la replica? Qual è il suo significato biologico? Quando succede? Quali sostanze sono coinvolte?

4. Come è nata la teoria cellulare? Nomina gli scienziati che hanno partecipato alla sua formazione.

5. Cos'è un cromosoma? Qual è il ruolo dei cromosomi nella divisione cellulare?

1. Letteratura tecnica e umanitaria.

2. Raccolta unificata di risorse educative digitali.

3. Raccolta unificata di risorse educative digitali.

4. Raccolta unificata di risorse educative digitali.

5. Portale Internet Schooltube.

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Ciclo di vita cellulare, O ciclo cellulare, è il periodo di tempo durante il quale esiste come unità, cioè il periodo della vita della cellula. Dura dal momento in cui appare la cellula a seguito della divisione della madre e fino alla fine della divisione stessa, quando si "divide" in due figlie.

Ci sono momenti in cui la cellula non si divide. Quindi il suo ciclo vitale è il periodo che va dall'apparizione della cellula alla morte. Di solito le gabbie di parecchi tessuti di organismi multicellulari non si dividono. Ad esempio, le cellule nervose e i globuli rossi.

È consuetudine nel ciclo vitale delle cellule eucariotiche distinguere un numero di periodi o fasi specifici. Sono caratteristici di tutte le cellule in divisione. Le fasi si chiamano G 1 , S, G 2 , M. Dalla fase G 1 una cellula può passare alla fase G 0, rimanendo nella quale non si divide e in molti casi si differenzia. Allo stesso tempo, alcune cellule possono ritornare da G 0 a G 1 e attraversare tutte le fasi del ciclo cellulare.

Le lettere nelle abbreviazioni di fase sono le prime lettere delle parole inglesi: gap (gap), sintesi (sintesi), mitosi (mitosi).

Le celle sono illuminate con un indicatore fluorescente rosso nella fase G1. Le restanti fasi del ciclo cellulare sono verdi.

Periodo G 1 - presintetico– inizia non appena appare la cella. In questo momento è di dimensioni più piccole della madre, ha poche sostanze, il numero di organelli non è sufficiente. Pertanto, in G 1 avviene la crescita cellulare, la sintesi dell'RNA, delle proteine ​​e la costruzione degli organelli. Solitamente G 1 è la fase più lunga del ciclo di vita cellulare.

S - periodo sintetico. La sua caratteristica distintiva più importante è la duplicazione del DNA replica. Ogni cromosoma diventa composto da due cromatidi. Durante questo periodo, i cromosomi sono ancora despiralizzati. Nei cromosomi, oltre al DNA, sono presenti molte proteine ​​istoniche. Pertanto, nella fase S, gli istoni vengono sintetizzati in grandi quantità.

IN periodo postsintetico - G 2 La cellula si prepara alla divisione, solitamente mediante mitosi. La cellula continua a crescere, la sintesi di ATP è attiva, i centrioli possono raddoppiare.

Successivamente, entra la cella fase di divisione cellulare - M. È qui che avviene la divisione del nucleo cellulare. mitosi seguita dalla divisione del citoplasma citocinesi. Il completamento della citocinesi segna la fine del ciclo di vita di una determinata cellula e l'inizio di due nuovi cicli cellulari.

Fase G0 a volte indicato come il periodo di "riposo" della cellula. La cellula "lascia" il ciclo normale. Durante questo periodo, la cellula può iniziare a differenziarsi e non tornare mai al ciclo normale. La fase G0 può includere anche cellule senescenti.

Il passaggio ad ogni fase successiva del ciclo è controllato da speciali meccanismi cellulari, i cosiddetti checkpoint - posti di blocco. Affinché possa iniziare la fase successiva, nella cellula tutto deve essere pronto, il DNA non deve contenere errori grossolani, ecc.

Le fasi G 0 , G 1 , S, G 2 insieme si formano interfase - I.