Клеточный цикл, его периоды и регуляция

Клеточный цикл — это период жизни клетки от её образования путём деления материнской клетки до собственного деления на две дочерние клетки или гибели. Клеточный цикл обеспечивает рост, развитие и размножение клеток, а также поддержание генетической информации в организме.

Фазы клеточного цикла

Клеточный цикл включает две основные фазы: интерфазу и митоз (М-фазу).

Интерфаза

Интерфаза — это период подготовки клетки к делению, занимающий около 90 % всего клеточного цикла. Она разделяется на три последовательные фазы:

G₁-фаза (пресинтетическая фаза):

 * Интенсивный рост клетки.
 * Синтез РНК и белков, необходимых для дальнейших процессов.
 * Увеличение количества органоидов.

S-фаза (синтетическая фаза):

 * Репликация ДНК — удвоение генетического материала.
 * Удвоение центриолей (у животных клеток).

G₂-фаза (постсинтетическая фаза):

 * Синтез белков, необходимых для митоза.
 * Проверка целостности ДНК и исправление повреждений.

G₀-фаза

Некоторые клетки после деления могут выйти из клеточного цикла и войти в состояние покоя — G₀-фазу. В этой фазе клетки дифференцируются и выполняют свои специфические функции, не продолжая делиться.

Митоз

Митоз — это процесс непрямого деления эукариотической клетки, в результате которого образуются две генетически идентичные дочерние клетки. Митоз обеспечивает равномерное распределение генетического материала.

Митоз состоит из четырёх основных фаз:

Профаза

Хроматин конденсируется, и хромосомы становятся видимыми под микроскопом.
Каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид, соединённых центромерой.
Центриоли (в животных клетках) расходятся к полюсам, формируя веретено деления.
Ядрышко исчезает, ядерная оболочка начинает разрушаться.

Метафаза

Ядерная оболочка полностью распадается.
Хромосомы выстраиваются по экватору клетки, образуя метафазную пластинку.
Кинетохоры хромосом прикрепляются к микротрубочкам веретена деления.

Анафаза

Сестринские хроматиды разделяются в области центромеры.
Хроматиды (теперь уже самостоятельные хромосомы) перемещаются к противоположным полюсам клетки за счёт укорочения микротрубочек.

Телофаза

Хромосомы достигают полюсов и деконденсируются, превращаясь в тонкие нити хроматина.
Формируется новая ядерная оболочка вокруг каждой группы хромосом.
Ядрышки появляются вновь, синтез РНК возобновляется.
Веретено деления разрушается.

Митоз клетки: зелёным цветом обозначены микротрубочки веретена деления, синим — хромосомы

Цитокинез

Цитокинез — физический процесс деления цитоплазмы родительской эукариотической клетки между двумя дочерними. Цитокинез обычно происходит после того, как клетка претерпела деление ядра (кариокинез) в ходе митоза или мейоза

Деление цитоплазмы, в результате которого образуются две отдельные клетки.
У животных клеток происходит за счёт образования перетяжки (сократительного кольца) в экваториальной плоскости.
У растительных клеток формируется клеточная пластинка из везикул аппарата Гольджи, которая превращается в новую клеточную стенку.

Регуляция клеточного цикла

Клеточный цикл контролируется сложной системой регуляции, обеспечивающей правильность и своевременность всех его этапов.

Циклины и циклин-зависимые киназы (CDK)

Циклины — белки, концентрация которых меняется в течение клеточного цикла.
Циклин-зависимые киназы (CDK) — ферменты, активность которых регулируется циклинами.
Комплексы циклинов и CDK запускают переходы между фазами клеточного цикла путём фосфорилирования целевых белков.

Контрольные точки клеточного цикла

G₁/S контрольная точка — проверяется готовность клетки к репликации ДНК; если ДНК повреждена, цикл приостанавливается.
G₂/M контрольная точка — проверяется полнота и точность репликации ДНК перед митозом.
М контрольная точка (веретена деления) — контролируется правильность прикрепления хромосом к веретену деления; анафаза не начнётся, пока все хромосомы не будут правильно прикреплены.

Белки-супрессоры и онкогены

Белки-супрессоры, такие как p53, останавливают клеточный цикл при повреждениях ДНК и способствуют их исправлению или инициируют апоптоз (запрограммированную гибель клетки).
Онкогены стимулируют клеточный цикл; их мутации могут привести к бесконтрольному делению клеток и образованию опухолей.

Значение клеточного цикла

Обеспечивает рост и развитие организма за счёт увеличения числа клеток.
Позволяет обновлять и заменять старые или повреждённые клетки.
Важен для регенерации тканей.
Нарушения в регуляции клеточного цикла могут привести к различным заболеваниям, включая онкологические заболевания.

Заключение

Клеточный цикл — фундаментальный процесс, обеспечивающий жизнь клеток и, следовательно, всего организма. Чёткая регуляция клеточного цикла гарантирует правильное копирование и распределение генетического материала, что важно для поддержания здоровья и функционирования клеток. Понимание механизмов клеточного цикла имеет ключевое значение в биологии и медицине, особенно в изучении развития, регенерации и борьбы с заболеваниями.

Литература

В. В. Пасечник, А. А. Каменский, Г. Г. Швецов, З. Г. Гапонюк. родителей/электронные учебники/9кл. Пасечник, Касенский Биология (Линия жизни).pdf Биология. 9 класс : учеб. для общеобразоват. организаций: издание в pdf-формате (рус.) / В. В. Пасечник. — Москва: Просвещение, 2018.
В. С. Рохлов, С. Б. Трофимов, А. В. Теремов. Биология. 9-й класс: учебник: издание в pdf-формате (рус.). — Москва: Просвещение, 2022.
В. В. Пасечник и др. Биология. 10 класс : учеб. для общеобразоват. организаций : углубл. уровень (рус.) / В. В. Пасечник. — М.: Просвещение, 2019.
В. В. Пасечник и др. Биология. 11 класс: учеб. для общеобразоват. организаций: углубл. уровень (рус.) / В. В. Пасечник. — М.: Просвещение, 2019.
А. В. Теремов, Р. А. Петросова. Биология. Биологические системы и процессы: учебное пособие для общеобразовательных организаций (углублённый уровень). В 2 ч. Ч. 1 (рус.). — М.: Мнемозина, 2018.
А. В. Теремов, Р. А. Петросова. Биология. Биологические системы и процессы: учебное пособие для общеобразовательных организаций (углублённый уровень). В 2 ч. Ч. 2 (рус.). — М.: Мнемозина, 2018.