Деление клеток

Клеточный цикл относится к последовательности событий на протяжении всей жизни типичной клетки, включая рост, репликацию ДНК и подготовку к делению клетки. Для организмов, размножающихся половым путем, жизнь начинается с зиготы, оплодотворенной яйцеклетки. Со временем эта исходная одиночная клетка растет и делится контролируемым образом, образуя многоклеточного, сложного индивидуума. Клетки продолжают этот процесс, особенно для поддержания и восстановления тканей во время старения.

Теперь давайте рассмотрим подробнее. У эукариот двухцепочечная ДНК специально организована внутри мембранного ядра, чтобы приспособиться к ограниченному пространству клетки. На первом уровне уплотнения ДНК плотно оборачивается вокруг определенных белков, называемых гистонами. Эта комбинация частиц белка ДНК затем повторяется и упаковывается в массивы, известные как нуклеосомы, которые вместе с линкерной ДНК образуют спиральные хроматиновые волокна. Наконец, дополнительные волокнистые белки еще больше уплотняют хроматин, упаковывая длинные участки ДНК в плотно сконденсированные единицы. Распознаются как хромосомы, в зависимости от фазы деления клетки.

Чтобы подготовиться к делению, клетки должны пройти интерфазу, которая делится на три стадии. G1, S и G2. В G1, первой фазе разрыва, вновь созданная дочерняя клетка увеличивается в размерах и готовится к дупликации ДНК в следующей фазе. Теперь в фазе S, фазе синтеза, клетки дублируют свою ядерную ДНК, которая остается упакованной в хроматин. Клетки также дублируют центросомы, структуры, организующие микротрубочки, которые образуют митотический веретенообразный аппарат. Наконец, в G2, во второй фазе разрыва, клетки продолжают расти, размножать органеллы и белки, необходимые для митоза, и пополнять свои запасы энергии. Теперь клетка готова вступить в первую стадию митоза.

Состоящий из пяти уникальных стадий, митоз представляет собой форму деления, при которой генетический материал клетки разделяется между двумя дочерними клетками. Сначала во время профазы у человека нуклеиновый хроматин конденсируется в Х-образные хромосомы, состоящие из сестринских пар хроматид, прикрепленных в центромерных соединениях. Одновременно за пределами ядра центросомы мигрируют на противоположные стороны клетки. По мере того, как они это делают, из каждого начинают расти палочки микротрубочек. Либо внутрь клетки, либо наружу, образуя паутинчатый веретенообразный аппарат. Затем ядерная оболочка растворяется во время прометафазы, обнажая хромосомы для другого содержимого клетки. Белковые структуры также появляются по обе стороны центромер, по одной на каждую хроматиду. Как только эти кинетохоры формируются, к ним прикрепляются расширяющиеся внутренние микротрубочки, причем каждая сестринская хроматида привязывается к другому полюсу.

Затем митоз прогрессирует до метафазы, когда веретенообразный аппарат перестраивает хромосомы таким образом, что они одинаково ориентированы в фиксированном ряду вдоль экватора клетки. Во время анафазы прикрепленные кинетохором микротрубочки укорачиваются. А сестринские хроматиды, которые теперь по отдельности называются хромосомами, разъединяются. Эти и другие динамики микротрубочек также удлиняют клетку. Наконец, хромосомы приземляются на противоположных сторонах клеток во время телофазы. И шпиндельный аппарат расформировывается. Генетический материал разрыхляется, и возникают две ядерные оболочки, по одной вокруг каждого хромосомного набора. Во время телофазы отдельный процесс, технически не являющийся стадией митоза, называемый цитокинезом, также делит клетку. Таким образом, конечным результатом митоза является пара клеток, генетически идентичная их предшественнику.

К сожалению, мутации могут привести к повреждению генов, контролирующих регуляцию клеточного цикла, что приводит к бесконтрольному делению клеток. В этом случае при каждом последующем делении клеток образуются дочерние клетки с еще большим количеством повреждений, а неправильная регуляция роста в конечном итоге приводит к образованию клеточных масс, называемых опухолями.

В этой лаборатории вы изучите различные стадии митоза с использованием клеток кончика корня лука. А затем рассмотрим, что происходит, когда контроль над клеточным циклом теряется.