Підручник з Біології і екології (профільний рівень). 10 клас. Задорожній - Нова програма

§ 79. Життєвий цикл клітин. Інтерфаза

Поміркуйте

На якій стадії інтерфази потрапляння хімічного мутагену в клітину може спричинити пошкодження спадкового матеріалу?

Згадайте

Реплікація ДНК

АТФ

Життєвий цикл клітини

Життєвий цикл клітини — це період її існування від утворення шляхом поділу до наступного поділу або природної загибелі.

У життєвому циклі виділяють дві великі стадії — інтерфаза і власне поділ (мал. 79.1).

Інтерфаза — період життєвого циклу між двома послідовними поділами клітини. У цей час клітина росте і виконує свої функції в організмі. Одна з найважливіших подій інтерфази — реплікація (подвоєння) ДНК перед поділом.

Поділ еукаріотичних клітин може відбуватися шляхом мітозу або мейозу.

Мал. 79.1. Схема життєвого циклу клітини

Дізнайтеся більше

Тривалість клітинного циклу в клітин базального шару епідермісу шкіри, червоного кісткового мозку, кишкового епітелію тварин, клітин твірної тканини рослин становить 8—36 годин. Лейкоцити людини діляться кожні 4—5 діб. Найкоротші клітинні цикли (близько 30 хвилин) властиві ембріональним клітинам голкошкірих і земноводних на стадії дроблення.

Періоди інтерфази

1. Пресинтетичний період (G1). Клітина зростає і виконує свої функції в організмі. Збільшується кількість мембран і органел, синтезуються різні сполуки, запасається енергія. Клітини проводять нервові імпульси, скорочуються, секретують речовини тощо.

2. Синтетичний період (S). Розпочинається підготовка клітини до поділу. Відбувається одна з найважливіших подій інтерфази — реплікація (подвоєння) ДНК. Також подвоюються центросоми.

3. Постсинтетичний період (G2). Клітина завершує підготовку до поділу. Особливо інтенсивно синтезується АТФ, створюються нові мембрани й органели.

Тривалість інтерфази

Тривалість інтерфази і клітинного циклу варіює залежно від видової належності, типу клітин і відрізняється навіть у різних клітинах однієї і тієї ж тканини. У більшості клітин, що активно діляться, тривалість інтерфази становить близько 10—24 годин. У клітинах, що повільно діляться, цей період може становити декілька місяців.

Майже всі відмінності в частоті поділу клітин зумовлені різницею в довжині пресинтетичного періоду G1. У середньому в більшості клітин він триває 3—8 годин, а в клітин, що повільно діляться,— тижні й навіть роки (клітини печінки). Деякі клітини існують у такому стані все своє життя, не переходячи в наступну фазу і не приступаючи до поділу. До таких клітин належать спеціалізовані клітини багатоклітинних організмів, наприклад еритроцити, нервові та м’язові клітини. Кажуть, що такі клітини переходять у фазу спокою G0.

Час, за який клітина проходить періоди S, G2 і мітоз, відносно сталий — у ссавців він варіює від 10 до 25 годин. Сам процес поділу набагато коротший, ніж етап підготовки до нього: мітоз становить близько 1/10 частини клітинного циклу.

Регуляція інтерфази

Існують складні механізми контролю клітинного циклу. Тривалість періоду G1 значною мірою визначається зовнішніми умовами і сигналами від інших клітин. Тривалість періоду G2 регулюється розміром клітини.

У клітинному циклі існують так звані контрольні точки. Це ключові етапи, на яких контролюється правильність процесів, що відбуваються, а також збереження генетичного матеріалу. Важлива контрольна точка є на початку фази G1 Якщо умови сприятливі та клітина отримує від сусідніх клітин сигнали зростання й поділу, то вона починає підготовку до реплікації ДНК. У фазі G2 є контрольна точка, яка затримує клітини у цій фазі G2, якщо після реплікації виявилося пошкодження ДНК.

Перехід від одного періоду клітинного циклу до іншого регулюється ферментом циклінзалежною протеїнкіназою. Важливу роль у цьому процесі відіграє білок циклін.

Контрольні точки забезпечують правильність і високу точність процесів дуплікації і розходження хромосом. Порушення контролю клітинного циклу можуть призводити до розвитку ракових захворювань.

Особливі клітинні цикли

Описані закономірності життєвого циклу характерні для клітин, що часто діляться. Однак існують клітини, життєвий цикл яких має інші особливості.

Добре відомо, що клітини нервової тканини, особливо нейрони центральної нервової системи, після ембріонального періоду втрачають здатність до поділу. Життєвий цикл клітин, що не діляться, включає лише період G0 і складається з росту, тривалого функціонування, старіння й смерті.

Клітини печінкової тканини (гепатоцити) після свого утворення шляхом мітозу також вступають у період G0, під час якого вони виконують свої численні функції. Вони можуть роками перебувати на стації G0, не вступаючи в період S. Однак у разі пошкодження або видалення частини печінки вони продовжують нормальний клітинний цикл — входять у S- і G2-періоди, а потім діляться.

Клітини печінки, а також деякі інші клітини організму людини (наприклад, підшлункової залози) здатні й до іншого видозміненого життєвого циклу. Вони проходять G1- та S-періоди інтерфази, однак потім не вступають ані в період G2, ані в мітоз, тобто не діляться. У результаті кількість ДНК в клітині збільшується — клітина перетворюється на поліплоїдну. Поліплоїдні клітини печінки мають більші розміри й працюють більш ефективно.

Тривалість життєвого циклу може бути різко скорочена в ембріональних клітин. Відомо, що великі яйцеклітини вже містять у цитоплазмі усі компоненти, необхідні для численних поділів. Тому після запліднення клітини діляться надзвичайно швидко і не мають у життєвому циклі періодів G1 і G2.

Ключова ідея

Життєвий цикл клітини — це період її існування від утворення шляхом поділу до наступного поділу або природної загибелі. У життєвому циклі виділяють дві стадії — інтерфазу і власне поділ (мітоз або мейоз).

Практична робота

Цитогенетична характеристика ядра соматичної клітини у різні періоди клітинного циклу

1. Розгляньте схему клітинного циклу соматичної клітини. Зверніть увагу на число хромосом та хроматид у ядрах клітин та їхні морфологічні особливості у різні періоди клітинного циклу.

2. Складіть таблицю, у якій укажіть ознаки ядра у різні періоди клітинного циклу.

3. Сформулюйте висновок.

Запитання та завдання

1. Нервові клітини людини діляться тільки на стадії ембріонального розвитку. Чому пізніше вони перестають ділитися і переходять у фазу спокою G0? 2. У чому полягає призначення контрольних точок клітинного циклу? 3. Чи може клітина пройти стадію реплікації ДНК, але так і не почати поділ?