Il concetto di ciclo vitale cellulare

La stragrande maggioranza delle cellule ha un ciclo vitale definito.

Definizione 1

Ciclo vitale Questo è il periodo della vita di una cellula dalla sua comparsa fino alla fine della divisione o alla morte.

Questo ciclo è caratterizzato da un gran numero di processi che si verificano nella cellula: crescita, sviluppo, differenziazione, funzionamento, ecc.

Il ciclo cellulare è costituito da un lungo periodo interfase, nonché brevi periodi mitosi E citocinesi.

Interfase è il periodo della vita cellulare durante il quale non avviene la divisione cellulare.

Osservazione 1

Durante questo periodo del ciclo vitale, le cellule mantengono la loro omeostasi e svolgono determinate funzioni.

Lo studio di vari gruppi di cellule di un particolare organismo indica che la maggior parte di essi è in interfase. Solo una piccola parte delle cellule - circa l'1% - può essere coinvolta nella mitosi in questo momento.

Il ciclo cellulare, che termina con la divisione, è caratteristico della maggior parte dei tipi di cellule di un organismo multicellulare e di tutti gli organismi unicellulari.

Tutti i tipi di cellule hanno durate diverse sia dell'intero ciclo che dei suoi singoli periodi, anche in tessuti diversi dello stesso organismo.

Esempio 2

Nell'uomo, la durata del ciclo cellulare per le cellule epiteliali della pelle è di 10-20 giorni, per i leucociti - 4-5 giorni, per le cellule del midollo osseo - 8-12 ore.

La durata della vita di una cellula è geneticamente programmata ed ereditata.

In una certa fase della vita, nelle cellule si formano speciali molecole proteiche, una certa concentrazione delle quali segnala la necessità di divisione o morte.

Interfase. Periodi di interfase

Definizione 2

Interfase - questo è il periodo del ciclo vitale della cellula, durante il quale vive, funziona e si prepara alla divisione.

L'inizio dell'interfase e dell'intero ciclo cellulare può essere considerato la fine della citocinesi precedente.

Il primo periodo di interfase presintetico o $G_1$. Durante questo periodo, l'informazione genetica codificata nel DNA è in uno stato di massimo funzionamento: il DNA dirige la sintesi di RNA e proteine. Durante questo periodo, che è il più lungo, le cellule crescono, si differenziano e svolgono le loro funzioni. I nuclei di tali cellule contengono un insieme diploide di cromosomi, ciascuno dei quali è costituito da una molecola di DNA. La formula genetica della cellula durante questo periodo è $2n2c$, dove $n$ è l'insieme aploide dei cromosomi, $c$ è il numero di copie del DNA.

Durante il prossimo sintetico, il periodo ($S$) viene sintetizzato e raddoppiato il DNA. Di conseguenza, ogni cromosoma è già costituito da due cromatidi, due molecole di DNA figlie collegate al centromero. Il numero di geni è raddoppiato. Anche il numero delle proteine ​​della cromatina raddoppia. La formula genetica in questo periodo è $2n4c$.

La replicazione del DNA è un passo molto importante nella preparazione di una cellula alla divisione. Solo la replicazione è alla base sia della riproduzione asessuata che di quella sessuale e, quindi, della continuità della vita.

Viene chiamato il momento dell'inizio della fase $S$ punto di restrizione. La sintesi del DNA inizia con la comparsa di speciali molecole segnale di proteine ​​attivanti la fase $S$. Alla fine della fase $S$, dopo la completa replicazione del DNA, la proteina attivatrice viene distrutta e la cellula può passare al periodo successivo. Le cellule che non hanno il "permesso" di dividersi non sono in grado di superare il punto di restrizione. Tali cellule per un certo periodo di tempo si fermano in uno stato di "riposo" - nella fase $G_0$, mantenendo il metabolismo e svolgendo le loro funzioni.

I neuroni e le cellule muscolari possono funzionare per tutta la vita di un organismo.

IN postsintetico periodo $G_2$ le cellule si stanno preparando per la mitosi. C'è una graduale distruzione del citoscheletro, inizia la condensazione e la spiralizzazione della cromatina. La sintesi di ATP, proteine, RNA, lipidi e carboidrati viene potenziata. Si formano nuovi organelli cellulari. La dimensione della cella aumenta in modo significativo. Vengono sintetizzati speciali regolatori di proteine ​​che contribuiscono alla transizione della cellula dalla fase $G_2$ alla divisione. Il periodo $G_2$ passa alla profase della mitosi. Questo è il momento del ciclo cellulare in cui, per la prima volta, si possono osservare al microscopio ottico i cromosomi formati dalla cromatina.

Il ciclo vitale delle cellule di un organismo multicellulare è controllato dalle cellule circostanti e dai fattori umorali dell'organismo. Un ruolo significativo nella regolazione è svolto anche da proteine ​​speciali che la cellula forma sotto l'influenza del proprio programma genetico.

Tra i cambiamenti più importanti nella cellula che si verificano nell'interfase e preparano la cellula alla divisione ci sono la spiralizzazione e la contrazione delle metà dei cromosomi (cromatidi), la duplicazione degli uentrioli, la sintesi delle proteine ​​del futuro fuso dell'acromatina e la sintesi di composti ad alta energia (principalmente ATP). La cellula completa la sua crescita ed è pronta per entrare nella profase della mitosi successiva.

citocinesi

Il passo successivo nel ciclo cellulare dopo la mitosi è citocinesi- divisione del citoplasma.

Una costrizione si forma lungo l'equatore della cellula madre degli organismi animali. Questa struttura si forma già nella telofase della mitosi. La costrizione da fissione è formata da microfilamenti del citoscheletro, che formano un anello contrattile. Diminuisce gradualmente e la costrizione si approfondisce sempre di più lungo tutto il perimetro. Dopo qualche tempo, la cellula madre si divide in due cellule figlie. Il citoscheletro partecipa attivamente alla formazione della costrizione e al suo approfondimento, nonché alla completa divisione delle cellule figlie. Dopo la citocinesi, entrambe le cellule figlie contengono tutti i componenti della cellula madre.

Osservazione 2

Se la citocinesi non avviene dopo la mitosi, si formano cellule multinucleate.

Il ciclo vitale è il tempo dell'esistenza di una cellula dal momento della sua formazione dividendo la cellula madre fino alla propria divisione o morte naturale.

Nelle cellule di un organismo complesso (ad esempio una persona), il ciclo di vita di una cellula può essere diverso. Le cellule altamente specializzate (eritrociti, cellule nervose, cellule muscolari striate) non si moltiplicano. Il loro ciclo vitale consiste nella nascita, nell'adempimento delle funzioni previste, nella morte (interfase eterocalitica).

La componente più importante del ciclo cellulare è il ciclo mitotico (proliferativo). È un complesso di fenomeni interrelati e coordinati durante la divisione cellulare, così come prima e dopo di essa. Il ciclo mitotico è un insieme di processi che si verificano in una cellula da una divisione alla successiva e terminano con la formazione di due cellule della generazione successiva. Inoltre, il concetto di ciclo vitale comprende anche il periodo di svolgimento da parte della cellula delle sue funzioni e periodi di riposo.

La mitosi è il principale tipo di divisione cellulare eucariotica somatica. Il processo di divisione comprende diverse fasi successive ed è un ciclo. La sua durata varia e va dalle 10 alle 50 ore nella maggior parte delle cellule.

Garantisce la continuità del materiale genetico in un numero di cellule di generazioni figlie; porta alla formazione di cellule equivalenti sia in termini di volume che di contenuto di informazioni genetiche.

Principali fasi della mitosi.

1. Riduplicazione (autoraddoppiamento) dell'informazione genetica della cellula madre e sua distribuzione uniforme tra le cellule figlie.

2. Il ciclo mitotico consiste di quattro periodi successivi:

1) presintetico (G1). Si verifica immediatamente dopo la divisione cellulare. La sintesi del DNA non è ancora avvenuta. La cellula cresce attivamente di dimensioni, immagazzina le sostanze necessarie per la divisione. I mitocondri e i cloroplasti si dividono. Le caratteristiche dell'organizzazione della cellula interfasica vengono ripristinate dopo la precedente divisione;

2) sintetico (S). Il materiale genetico viene duplicato mediante replicazione del DNA. Di conseguenza, si formano due doppie eliche di DNA identiche, ciascuna delle quali è costituita da un nuovo filamento di DNA e da uno vecchio. La quantità di materiale ereditario è raddoppiata. Inoltre continua la sintesi dell’RNA e delle proteine;

3) postsintetico (G2). Il DNA non viene più sintetizzato, ma si verifica una correzione delle carenze apportate durante la sua sintesi nel periodo S (riparazione). Si accumulano anche energia e sostanze nutritive, continua la sintesi di RNA e proteine ​​(principalmente nucleari).

S e G2 sono direttamente correlati alla mitosi, quindi a volte vengono isolati in un periodo separato: la preprofase.

Segue la mitosi vera e propria, che consiste di quattro fasi.

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Ciclo di vita cellulare- questo è il periodo di esistenza di una cellula dal momento della sua formazione dividendo la cellula madre fino alla sua morte. La componente più importante è il ciclo mitotico.

Periodi:

L'interfase è la preparazione alla divisione cellulare.

La mitosi è la divisione cellulare.

Interfase: preparazione alla divisione cellulare.

Presintetico (G1): la cellula risultante cresce, la sintesi di vari RNA e proteine. La sintesi del DNA non avviene. (12-24 ore). 2n2c (cromosomi e DNA).

Sintetico (S) - Sintesi del DNA e duplicazione dei cromosomi. Sintesi di RNA e proteine. (10 ore).

Postsintetico (G2) – La sintesi del DNA si interrompe. C'è una sintesi di RNA, proteine ​​e accumulo di energia. Il nucleo aumenta di dimensioni. Si sta dividendo. (3-4 ore).

Metodi di divisione cellulare:

Amitosi: divisione cellulare diretta e semplice (inferiore).

La mitosi è una divisione cellulare complessa, indiretta e completa.

La meiosi è una divisione complessa, indiretta e riduttiva di cellule specializzate degli organi riproduttivi.

Metodi per dividere le strutture cellulari:

L'endomitosi è un aumento del numero di cromosomi che è un multiplo del loro insieme.

La politenia è la formazione di cromosomi multifilamentosi dovuta alla replicazione ripetuta dei cromosomi.

Mitosi - con divisione cellulare falsa, indiretta e completa.

Profase: i cromosomi si spiralizzano, si accorciano, assumono la forma di fili e il nucleo ricorda un gomitolo di fili. Il nucleolo inizia a rompersi. La membrana nucleare è parzialmente lisata. Nel citoplasma diminuisce il numero delle strutture ruvide dell'ER. Il numero di polisomi è drasticamente ridotto. I centrioli del centro cellulare divergono verso i poli. Tra di loro, i microtubuli formano un fuso di divisione, aumentano la viscosità del citoplasma, il suo turgore e la tensione superficiale della membrana interna.

Prometafase: l'involucro nucleare e il nucleolo scompaiono. I cromosomi sotto forma di filamenti spessi si trovano lungo l'equatore.

Metafase: termina la formazione del fuso di fissione. I fili di cromatina sono attaccati da un lato ai centrioli e dall'altro ai centromeri dei cromosomi. I cromatidi cominciano a respingersi a vicenda. I cromosomi sono divisi in due cromatidi. Rimani bloccato al centro. I cromosomi si allineano lungo l'equatore, formando una stella madre.

Anafase: la connessione lungo il centromero si rompe, i fili del fuso dell'acromatina vengono preservati e allungano i cromatidi verso i centrioli.

Telofase: si verificano i processi inversi della profase. I cromosomi si desiralizzano, si allungano, si assottigliano. Si forma il nucleolo, si forma la membrana nucleare, il fuso viene distrutto, avviene la citocinesi. Dalla cellula madre si formano due cellule figlie.

Ciclo cellulare (vita).

Il ciclo cellulare (o vita) di una cellula è il tempo di esistenza di una cellula dalla divisione alla divisione successiva o dalla divisione alla morte. Il ciclo cellulare è diverso per i diversi tipi di cellule.

Nel corpo dei mammiferi e dell'uomo si distinguono i seguenti tipi di cellule, localizzate in diversi tessuti e organi:

1) cellule che si dividono frequentemente (cellule scarsamente differenziate dell'epitelio intestinale, cellule basali);

2) cellule che si dividono raramente (cellule del fegato - epatociti);

3) cellule che non si dividono (cellule nervose del sistema nervoso centrale, melanociti, ecc.).

Il ciclo di vita di questi tipi di cellule è diverso.

Il ciclo vitale delle cellule che si dividono frequentemente è il tempo della loro esistenza dall'inizio della divisione alla divisione successiva. Il ciclo vitale di tali cellule è spesso chiamato ciclo mitotico.

Questo ciclo cellulare è diviso in due periodi principali:

1) mitosi (o periodo di divisione);

2) interfase (durata della vita cellulare tra due divisioni).

Esistono due metodi principali di riproduzione (riproduzione) delle cellule.

1. Mitosi (cariocinesi) - divisione cellulare indiretta, inerente principalmente alle cellule somatiche.

2. La meiosi (divisione di riduzione) è caratteristica solo delle cellule germinali.

Esistono descrizioni di un terzo metodo di divisione cellulare: l'amitosi (o divisione diretta), che viene effettuata mediante costrizione del nucleo e del citoplasma con la formazione di due cellule figlie o una binucleare. Tuttavia, attualmente si ritiene che l'amitosi sia caratteristica delle cellule vecchie e degenerate e sia un riflesso della patologia cellulare.

Questi due metodi di divisione cellulare sono divisi in fasi o periodi.

La mitosi si divide in quattro fasi:

1) profase;

2) metafase;

3) anafase;

4) telofase.

La profase è caratterizzata da cambiamenti morfologici nel nucleo e nel citoplasma.

Nel kernel avvengono le seguenti trasformazioni:

1) condensazione della cromatina e formazione di cromosomi costituiti da due cromatidi;

2) scomparsa del nucleolo;

3) disintegrazione del cariolemma in singole vescicole.

Nel citoplasma si verificano i seguenti cambiamenti:

1) duplicazione (raddoppio) dei centrioli e loro divergenza verso i poli opposti della cellula;

2) formazione di un fuso di fissione dai microtubuli;

3) riduzione dell'ER granulare e anche diminuzione del numero di ribosomi liberi e attaccati.

Nella metafase avviene quanto segue:

1) la formazione di una placca metafasica (o stella madre);

2) separazione incompleta dei cromatidi fratelli l'uno dall'altro.

L'anafase è caratterizzata da:

1) completa divergenza dei cromatidi e formazione di due serie di dipoli equivalenti di cromosomi;

2) divergenza degli insiemi cromosomici ai poli del fuso mitotico e divergenza dei poli stessi.

La telofase è caratterizzata da:

2) formazione della membrana nucleare dalle bolle;

3) citotomia (costrizione di una cellula binucleare in due cellule figlie indipendenti);

4) la comparsa di nucleoli nelle cellule figlie.

L'interfase è divisa in tre periodi:

1) I - J1 (o periodo presintetico);

2) II - S (o sintetico);

3) III - J2 (o periodo postsintetico).

Nel periodo presintetico nella cellula si verificano i seguenti processi:

1) migliore formazione dell'apparato sintetico della cellula - un aumento del numero di ribosomi e di vari tipi di RNA (di trasporto, informativo, ribosomiale);

2) aumento della sintesi proteica necessaria per la crescita cellulare;

3) preparazione della cellula per il periodo sintetico - la sintesi degli enzimi necessari per la formazione di nuove molecole di DNA.

Il periodo sintetico è caratterizzato dal raddoppio (riduplicazione) del DNA, che porta ad un raddoppio della ploidia dei nuclei diploidi ed è un prerequisito per la successiva divisione cellulare mitotica.

Il periodo postsintetico è caratterizzato da un'aumentata sintesi dell'RNA messaggero e di tutte le proteine ​​cellulari, in particolare delle tubuline, necessarie per la formazione del fuso di fissione.

Le cellule di alcuni tessuti (ad esempio gli epatociti), all'uscita dalla mitosi, entrano nel cosiddetto periodo J0, durante il quale svolgono le loro numerose funzioni per un certo numero di anni senza entrare nel periodo sintetico. Solo in determinate circostanze (quando una parte del fegato viene danneggiata o rimossa) entrano nel normale ciclo cellulare (o periodo sintetico), sintetizzando il DNA, e poi si dividono mitoticamente. Il ciclo di vita di tali cellule che si dividono raramente può essere rappresentato come segue:

2) periodo J1;

3) periodo J0;

4) Periodo S;

5) Periodo J2.

La maggior parte delle cellule del tessuto nervoso, in particolare i neuroni del sistema nervoso centrale, non si dividono ulteriormente dopo aver lasciato la mitosi nel periodo embrionale.

Il ciclo di vita di tali cellule consiste nei seguenti periodi:

1) mitosi - I periodo;

2) crescita - II periodo;

3) funzionamento a lungo termine - III periodo;

4) invecchiamento – IV periodo;

5) morte – V periodo.

Nel corso di un lungo ciclo di vita, tali cellule si rigenerano costantemente secondo il tipo intracellulare: le molecole proteiche e lipidiche che compongono varie strutture cellulari vengono gradualmente sostituite da nuove, cioè le cellule vengono gradualmente rinnovate. Durante il ciclo vitale nel citoplasma delle cellule che non si dividono si accumulano diverse inclusioni, soprattutto lipidiche, in particolare la lipofuscina, che attualmente è considerata un pigmento dell'invecchiamento.

La meiosi è caratteristica delle cellule germinali: un metodo di divisione cellulare in cui il numero di cromosomi nelle cellule figlie diminuisce di 2 volte. In questo metodo di divisione non avviene la duplicazione del DNA.

Oltre alla mitosi e alla meiosi, viene rilasciata anche l'endoreproduzione, che non porta ad un aumento del numero di cellule, ma contribuisce ad un aumento del numero di strutture lavorative e ad un aumento della capacità funzionale della cellula.

Questo metodo è caratterizzato dal fatto che dopo la mitosi, le cellule entrano prima nel periodo J1 e poi nel periodo S. Tuttavia, tali cellule, dopo la duplicazione del DNA, non entrano nel periodo J2 e quindi nella mitosi. Di conseguenza, la quantità di DNA raddoppia: la cellula diventa poliploide. Le cellule poliploidi possono rientrare nel periodo S, aumentando così la loro ploidia.

Nelle cellule poliploidi, la dimensione del nucleo e del citoplasma aumenta, le cellule diventano ipertrofiche. Alcune cellule poliploidi entrano nella mitosi dopo la replicazione del DNA, ma questa non termina con la citotomia, poiché tali cellule diventano binucleari.

Pertanto, durante l'endoriproduzione, non si verifica un aumento del numero di cellule, ma aumenta la quantità di DNA e di organelli e, di conseguenza, la capacità funzionale di una cellula poliploide.

Non tutte le cellule hanno la capacità di endoriprodursi. L'endoriproduzione è più caratteristica per le cellule del fegato, soprattutto con l'aumentare dell'età (ad esempio, nella vecchiaia, l'80% degli epatociti umani sono poliploidi), così come per le cellule acinose del pancreas e dell'epitelio della vescica.

Il ciclo vitale di una cellula comprende l'inizio della sua formazione e la fine della sua esistenza come unità indipendente. Cominciamo dal fatto che una cellula appare durante la divisione della sua cellula madre e termina la sua esistenza a causa della successiva divisione o morte.

Il ciclo vitale di una cellula è costituito da interfase e mitosi. È in questo periodo che il periodo in esame equivale a quello cellulare.

Ciclo vitale della cellula: interfase

Questo è il periodo tra due divisioni cellulari mitotiche. La riproduzione dei cromosomi procede in modo simile alla duplicazione (replicazione semi-conservativa) delle molecole di DNA. Nell'interfase, il nucleo cellulare è circondato da una speciale membrana a due membrane, i cromosomi non sono attorcigliati e sono invisibili alla normale microscopia ottica.

Durante la colorazione e il fissaggio delle cellule si verifica un accumulo di una sostanza fortemente colorata, la cromatina. Vale la pena notare che il citoplasma contiene tutti gli organelli necessari. Ciò garantisce la piena esistenza della cellula.

Nel ciclo di vita di una cellula, l'interfase è accompagnata da tre periodi. Consideriamo ciascuno di essi in modo più dettagliato.

Periodi del ciclo di vita cellulare (interfasi)

Si chiama il primo resinetico. Il risultato della mitosi precedente è un aumento del numero di cellule. Qui procede la trascrizione delle molecole di RNA (informative) appena prodotte e le molecole dell'RNA rimanente vengono sistematizzate, le proteine ​​vengono sintetizzate nel nucleo e nel citoplasma. Alcune sostanze del citoplasma vengono progressivamente scomposte con la formazione di ATP, le sue molecole sono dotate di legami macroergici, trasferiscono energia dove non basta. In questo caso la cellula aumenta, raggiungendo le dimensioni della madre. Questo periodo dura a lungo per le cellule specializzate, durante il quale svolgono le loro funzioni speciali.

Il secondo periodo è noto come sintetico(sintesi del DNA). Il suo blocco può portare all'arresto dell'intero ciclo. È qui che avviene la replicazione delle molecole di DNA e la sintesi delle proteine ​​coinvolte nella formazione dei cromosomi.

Le molecole di DNA iniziano a legarsi alle molecole proteiche, a seguito delle quali i cromosomi si ispessiscono. Allo stesso tempo, si osserva la riproduzione dei centrioli, di conseguenza ne compaiono 2 paia. Il nuovo centriolo in tutte le coppie è posizionato rispetto a quello vecchio con un angolo di 90°. Successivamente, ciascuna coppia durante la mitosi successiva si allontana verso i poli cellulari.

Il periodo sintetico è caratterizzato sia da una maggiore sintesi del DNA che da un brusco salto nella formazione di molecole di RNA, nonché di proteine ​​nelle cellule.

Terzo periodo - postsintetico. È caratterizzato dalla presenza di preparazione cellulare per la successiva divisione (mitotica). Questo periodo dura, di regola, sempre meno di altri. A volte cade del tutto.

Durata del tempo di generazione

In altre parole, questo è quanto dura il ciclo vitale di una cellula. La durata del tempo di generazione, così come i singoli periodi, assume valori diversi per celle diverse. Questo può essere visto dalla tabella qui sotto.

Quindi, il ciclo di vita cellulare più breve è quello cambiale. Succede che il terzo periodo cade completamente: quello postsintetico. Ad esempio, in un ratto di 3 settimane, nelle cellule del fegato diminuisce a mezz'ora, mentre la durata del tempo di generazione è di 21,5 ore.La durata del periodo sintetico è la più stabile.

In altre situazioni, nel primo periodo (presintetico), la cellula accumula proprietà per l'attuazione di funzioni specifiche, ciò è dovuto al fatto che la sua struttura diventa più complessa. Se la specializzazione non è andata troppo oltre, può percorrere l'intero ciclo di vita della cellula con la formazione di 2 nuove cellule in mitosi. In questa situazione, il primo periodo può aumentare in modo significativo. Ad esempio, nelle cellule dell'epitelio cutaneo di un topo, il tempo di generazione, vale a dire 585,6 ore, cade sul primo periodo - presintetico, e nelle cellule del periostio di un cucciolo di ratto - 102 ore su 114.

La parte principale di questo tempo è chiamata periodo G0: questa è l'implementazione di una funzione cellulare specifica e intensiva. Molte cellule del fegato si trovano in questo periodo e per questo perdono la capacità di mitosi.

Se una parte del fegato viene rimossa, la maggior parte delle sue cellule proseguirà la vita piena, prima del periodo sintetico, poi del periodo postsintetico e alla fine del processo mitotico. Pertanto, per vari tipi di popolazioni cellulari, la reversibilità di tale periodo G0 è già stata dimostrata. In altre situazioni, il grado di specializzazione aumenta così tanto che in condizioni tipiche le cellule non possono più dividersi mitoticamente. Occasionalmente in essi si verifica l'endoriproduzione. In alcuni, si ripete più di una volta, i cromosomi si ispessiscono così tanto che possono essere visti con un normale microscopio ottico.

Pertanto, abbiamo appreso che nel ciclo di vita di una cellula, l'interfase è accompagnata da tre periodi: presintetico, sintetico e postsintetico.

divisione cellulare

È alla base della riproduzione, della rigenerazione, della trasmissione delle informazioni ereditarie, dello sviluppo. La cellula stessa esiste solo nel periodo intermedio tra le divisioni.

Ciclo di vita (divisione cellulare) - il periodo di esistenza dell'unità in questione (inizia dal momento della sua comparsa attraverso la divisione della cellula madre), compresa la divisione stessa. Finisce con la propria divisione o morte.

Fasi del ciclo cellulare

Ce ne sono solo sei. Sono note le seguenti fasi del ciclo di vita cellulare:

La durata del ciclo di vita, così come il numero di fasi in esso contenute, ogni cellula ha il suo. Quindi, nel tessuto nervoso, le cellule alla fine del periodo embrionale iniziale smettono di dividersi, quindi funzionano solo per tutta la vita dell'organismo stesso e successivamente muoiono. Ma le cellule dell'embrione nella fase di frantumazione completano prima 1 divisione e poi immediatamente, bypassando le fasi rimanenti, procedono a quella successiva.

Metodi di divisione cellulare

Su due soli:

1. Mitosiè la divisione cellulare indiretta.
2. Meiosi- questo è caratteristico di una fase come la maturazione delle cellule germinali, la divisione.

Ora impareremo di più su ciò che costituisce il ciclo di vita di una cellula: la mitosi.

Divisione cellulare indiretta

La mitosi è la divisione indiretta delle cellule somatiche. Questo è un processo continuo, il cui risultato è prima il raddoppio, poi la stessa distribuzione tra le cellule figlie del materiale ereditario.

Significato biologico della divisione cellulare indiretta

È il seguente:

1. Il risultato della mitosi è la formazione di due cellule, ciascuna contenente lo stesso numero di cromosomi della madre. I loro cromosomi sono formati dall'esatta replicazione del DNA materno, per cui i geni delle cellule figlie contengono identiche informazioni ereditarie. Sono geneticamente identici alla cellula madre. Quindi, possiamo dire che la mitosi garantisce l'identità della trasmissione delle informazioni ereditarie alle cellule figlie dalla madre.

2. Il risultato della mitosi è un certo numero di cellule nell'organismo corrispondente: questo è uno dei meccanismi di crescita più importanti.

3. Un gran numero di animali e piante si riproducono precisamente asessualmente attraverso la divisione cellulare mitotica, quindi la mitosi costituisce la base della riproduzione vegetativa.

4. È la mitosi che garantisce la completa rigenerazione delle parti perdute, nonché la sostituzione delle cellule, che in una certa misura procede in qualsiasi organismo multicellulare.

Pertanto, si è saputo che il ciclo vitale di una cellula somatica consiste in mitosi e interfase.

Meccanismo della mitosi

La divisione del citoplasma e del nucleo sono 2 processi indipendenti che procedono continuamente, in sequenza. Ma per comodità di studiare gli eventi che si verificano durante il periodo di divisione, viene distinto artificialmente in 4 fasi: pro-, meta-, ana-, telofase. La loro durata varia a seconda del tipo di tessuto, di fattori esterni, dello stato fisiologico. I più lunghi sono il primo e l'ultimo.

Profase

C'è un notevole aumento nel nucleo. Come risultato della spiralizzazione, si verificano la compattazione e l'accorciamento dei cromosomi. Nella profase successiva, la struttura dei cromosomi è già chiaramente visibile: 2 cromatidi, collegati da un centromero. Inizia il movimento dei cromosomi verso l'equatore della cellula.

Dal materiale citoplasmatico nella profase (tardiva) si forma un fuso divisorio, che si forma con la partecipazione dei centrioli (nelle cellule animali, in un numero di piante inferiori) o senza di essi (cellule di alcuni protozoi, piante superiori). Successivamente dai centrioli iniziano a comparire filamenti del fuso di 2 tipi e più precisamente:

• supporto, che collega i poli delle cellule;
• cromosomici (tirando), che si incrociano in metafase con i centromeri cromosomici.

Al termine di questa fase, la membrana nucleare scompare e i cromosomi si trovano liberamente nel citoplasma. Di solito il nucleo scompare un po' prima.

metafase

Il suo inizio è la scomparsa dell'involucro nucleare. I cromosomi si allineano dapprima sul piano equatoriale, formando la placca metafasica. In questo caso i centromeri cromosomici si trovano rigorosamente sul piano equatoriale. Le fibre del fuso si attaccano ai centromeri cromosomici e alcune di esse passano da un polo all'altro senza essere attaccate.

Anafase

Il suo inizio è la divisione dei centromeri dei cromosomi. Di conseguenza, i cromatidi vengono trasformati in due cromosomi figli separati. Inoltre, questi ultimi iniziano a divergere verso i poli cellulari. Di regola, in questo momento assumono una speciale forma a V. Questa divergenza viene effettuata accelerando le filettature del mandrino. Allo stesso tempo, i fili di supporto vengono allungati, con conseguente distanza dei poli l'uno dall'altro.

Telofase

Qui i cromosomi si riuniscono ai poli cellulari, poi si dispiralizzano. Successivamente, il fuso di divisione viene distrutto. L'involucro nucleare delle cellule figlie si forma attorno ai cromosomi. Questo completa la cariocinesi, seguita dalla citocinesi.

Meccanismi di ingresso del virus nella cellula

Ce ne sono solo due:

1. Per fusione del supercapside virale e della membrana cellulare. Di conseguenza, il nucleocapside viene rilasciato nel citoplasma. Successivamente si osserva la realizzazione delle proprietà del genoma del virus.

2. Attraverso la pinocitosi (endocitosi mediata dai recettori). Qui il virus si lega al sito della fossa delimitata con recettori (specifici). Quest'ultimo si gonfia nella cellula e poi si trasforma nella cosiddetta vescicola bordata. Questo, a sua volta, contiene il virione inghiottito, che si fonde con una vescicola intermedia temporanea chiamata endosoma.

Replicazione intracellulare del virus

Dopo essere entrato nella cellula, il genoma del virus subordina completamente la sua vita ai propri interessi. Attraverso il sistema di sintesi proteica della cellula e i suoi sistemi di generazione di energia, incarna la propria riproduzione, sacrificando, di regola, la vita della cellula.

La figura seguente mostra il ciclo di vita di un virus in una cellula ospite (foreste Semliki - un rappresentante del genere Alphvirus). Il suo genoma è rappresentato da RNA positivo non frammentato a filamento singolo. Lì, il virione è dotato di un supercapside, che consiste in un doppio strato lipidico. Attraverso di esso passano circa 240 copie di numerosi complessi glicoproteici. Il ciclo di vita virale inizia con il suo assorbimento sulla membrana della cellula ospite, dove si lega a un recettore proteico. La penetrazione nella cellula avviene attraverso la pinocitosi.

Conclusione

L'articolo considerava il ciclo vitale di una cellula, ne venivano descritte le fasi. È descritto in dettaglio su ciascun periodo dell'interfase.

Il ciclo di vita di una cellula riflette tutti i cambiamenti strutturali e funzionali regolari che si verificano nella cellula nel tempo. Il ciclo vitale è il tempo dell'esistenza di una cellula dal momento della sua formazione dividendo la cellula madre fino alla propria divisione o morte naturale.

Nelle cellule di un organismo complesso (ad esempio una persona), il ciclo di vita di una cellula può essere diverso. Le cellule altamente specializzate (eritrociti, cellule nervose, cellule muscolari striate) non si moltiplicano. Il loro ciclo vitale consiste nella nascita, nell'adempimento delle funzioni previste, nella morte (interfase eterocalitica).

La componente più importante del ciclo cellulare è il ciclo mitotico (proliferativo). È un complesso di fenomeni interrelati e coordinati durante la divisione cellulare, così come prima e dopo di essa. Il ciclo mitotico è un insieme di processi che si verificano in una cellula da una divisione alla successiva e terminano con la formazione di due cellule della generazione successiva. Inoltre, il concetto di ciclo vitale comprende anche il periodo di svolgimento da parte della cellula delle sue funzioni e periodi di riposo. In questo momento, l'ulteriore destino della cellula è incerto: la cellula può iniziare a dividersi (entrare in mitosi) o iniziare a prepararsi per svolgere funzioni specifiche.

La mitosi è il principale tipo di divisione cellulare eucariotica somatica. Il processo di divisione comprende diverse fasi successive ed è un ciclo. La sua durata è diversa e nella maggior parte delle cellule varia da 10 a 50 ore, mentre nelle cellule del corpo umano la durata della mitosi stessa è di 1–1,5 ore, il periodo di interfase B2 è di 2–3 ore e il periodo S dell'interfase è di 6-10 ore.

Garantisce la continuità del materiale genetico in un numero di cellule di generazioni figlie; porta alla formazione di cellule equivalenti sia in termini di volume che di contenuto di informazioni genetiche.

Principali fasi della mitosi.

1. Riduplicazione (autoraddoppiamento) dell'informazione genetica della cellula madre e sua distribuzione uniforme tra le cellule figlie. Ciò è accompagnato da cambiamenti nella struttura e nella morfologia dei cromosomi, in cui è concentrato più del 90% delle informazioni di una cellula eucariotica.

2. Il ciclo mitotico consiste di quattro periodi successivi: G1 presintetico (o postmitotico), S sintetico, G2 postsintetico (o premitotico) e la mitosi vera e propria. Costituiscono l'interfase autocatalitica (periodo preparatorio).

Fasi del ciclo cellulare:

1) presintetico (G1). Si verifica immediatamente dopo la divisione cellulare. La sintesi del DNA non è ancora avvenuta. La cellula cresce attivamente di dimensioni, immagazzina le sostanze necessarie per la divisione: proteine ​​​​(istoni, proteine ​​strutturali, enzimi), RNA, molecole di ATP. Esiste una divisione tra mitocondri e cloroplasti (cioè strutture capaci di autoriprodursi). Le caratteristiche dell'organizzazione della cellula interfasica vengono ripristinate dopo la precedente divisione;

2) sintetico (S). Il materiale genetico viene duplicato mediante replicazione del DNA. Avviene in modo semi-conservativo, quando la doppia elica della molecola di DNA diverge in due filamenti e su ciascuno di essi viene sintetizzato un filamento complementare.

Di conseguenza, si formano due doppie eliche di DNA identiche, ciascuna delle quali è costituita da un nuovo filamento di DNA e da uno vecchio. La quantità di materiale ereditario è raddoppiata. Inoltre, la sintesi di RNA e proteine ​​continua. Inoltre, una piccola parte del DNA mitocondriale subisce la replicazione (la sua parte principale viene replicata nel periodo G2);

3) postsintetico (G2). Il DNA non viene più sintetizzato, ma si verifica una correzione delle carenze apportate durante la sua sintesi nel periodo S (riparazione). Si accumulano anche energia e sostanze nutritive, continua la sintesi di RNA e proteine ​​(principalmente nucleari).

S e G2 sono direttamente correlati alla mitosi, quindi a volte vengono isolati in un periodo separato: la preprofase.

Segue la mitosi vera e propria, che consiste di quattro fasi.

La divisione cellulare comprende due fasi: la divisione nucleare (mitosi o cariocinesi) e la divisione del citoplasma (citocinesi).

La mitosi è composta da quattro fasi consecutive: profase, metafase, anafase e telofase. È preceduto da un periodo chiamato interfase (vedi caratteristiche del ciclo mitotico).

Fasi della mitosi:

1) profase. I centrioli del centro cellulare si dividono e divergono ai poli opposti della cellula. Dai microtubuli si forma un fuso divisorio che collega i centrios di poli diversi. All'inizio della profase, il nucleo e i nucleoli sono ancora visibili nella cellula; alla fine di questa fase l'involucro nucleare è diviso in frammenti separati (la membrana nucleare viene smantellata), i nucleoli si disintegrano. Inizia la condensazione dei cromosomi: si torcono, si ispessiscono, diventano visibili al microscopio ottico. Nel citoplasma, il numero di strutture dell'EPS ruvido diminuisce, il numero di polisomi diminuisce drasticamente;

2) metafase. La formazione del fuso di fissione è completata.

I cromosomi condensati si allineano lungo l'equatore della cellula, formando la placca metafasica. I microtubuli del fuso sono attaccati ai centromeri, o cinetocori (costrizioni primarie), di ciascun cromosoma. Successivamente, ciascun cromosoma si divide longitudinalmente in due cromatidi (cromosomi figli), che sono collegati solo nella regione del centromero;

3) anafase. La connessione tra i cromosomi figli viene interrotta ed essi iniziano a spostarsi verso i poli opposti della cellula ad una velocità di 0,2–5 µm/min. Alla fine dell'anafase ciascun polo contiene un corredo diploide di cromosomi. I cromosomi cominciano a decondensarsi e a svolgersi, diventano più sottili e più lunghi; 4) telofase. I cromosomi vengono completamente despiralizzati, la struttura dei nucleoli e del nucleo interfase viene ripristinata e la membrana nucleare viene montata. Il fuso della divisione è distrutto. Si verifica la citocinesi (divisione del citoplasma). Nelle cellule animali questo processo inizia con la formazione di una costrizione sul piano equatoriale, che diventa sempre più profonda e infine divide completamente la cellula madre in due cellule figlie.

Con un ritardo nella citocinesi si formano cellule multinucleate. Ciò si osserva durante la riproduzione dei protozoi mediante schizogonia. Negli organismi multicellulari, i sincizi si formano in questo modo: tessuti in cui non ci sono confini tra le cellule (tessuto muscolare striato nell'uomo).

La durata di ciascuna fase dipende dal tipo di tessuto, dallo stato fisiologico del corpo, dall'impatto di fattori esterni (luce, temperatura, sostanze chimiche), ecc.

Forme atipiche di mitosi comprendono amitosi, endomitosi e politenia.

1. L'amitosi è una divisione diretta del nucleo. Allo stesso tempo, la morfologia del nucleo viene preservata, sono visibili il nucleolo e la membrana nucleare. I cromosomi non sono visibili e la loro distribuzione uniforme non avviene. Il nucleo è diviso in due parti relativamente uguali senza la formazione di un apparato mitotico (un sistema di microtubuli, centrioli, cromosomi strutturati). Se la divisione termina contemporaneamente, appare una cellula binucleare. Ma a volte anche il citoplasma è allacciato.

Questo tipo di divisione esiste in alcuni tessuti differenziati (nelle cellule dei muscoli scheletrici, della pelle, del tessuto connettivo), così come nei tessuti patologicamente alterati. L'amitosi non si verifica mai nelle cellule che devono preservare la piena informazione genetica: uova fecondate, cellule di un embrione in via di sviluppo normale. Questo metodo di divisione non può essere considerato un modo completo di riproduzione delle cellule eucariotiche.

2. Endomitosi. In questo tipo di divisione, dopo la replicazione del DNA, i cromosomi non si separano in due cromatidi figli. Ciò porta ad un aumento del numero di cromosomi in una cellula, a volte decine di volte rispetto al set diploide. Ecco come si formano le cellule poliploidi. Normalmente, questo processo avviene nei tessuti intensamente funzionanti, ad esempio nel fegato, dove le cellule poliploidi sono molto comuni. Tuttavia, da un punto di vista genetico, l’endomitosi è una mutazione genomica somatica.

3. Politenia. Si verifica un aumento multiplo del contenuto di DNA (cromonemi) nei cromosomi senza aumento del contenuto dei cromosomi stessi. Allo stesso tempo, il numero di cromonemi può raggiungere 1000 o più, mentre i cromosomi diventano giganteschi. Durante la politenia, tutte le fasi del ciclo mitotico cadono, ad eccezione della riproduzione dei filamenti primari del DNA. Questo tipo di divisione si osserva in alcuni tessuti altamente specializzati (cellule del fegato, cellule delle ghiandole salivari dei Ditteri). I cromosomi polilitici della Drosophila vengono utilizzati per costruire mappe citologiche dei geni nei cromosomi.