"Биология. Биологические системы и процессы (углублённый уровень)", Теремов А.В., Петросова Р.А.
Клеточный цикл — это путь клетки от её образования после деления до следующего деления или гибели. Он нужен для роста, восстановления клеточных структур, удвоения наследственного материала и образования дочерних клеток. Основную часть цикла занимает интерфаза: в периоды G1, S и G2 клетка растёт, копирует ДНК и готовится к делению. Затем митоз распределяет хромосомы между ядрами, а цитокинез разделяет цитоплазму.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Клеточный цикл — период существования клетки от её образования после деления до следующего деления или гибели. Он включает интерфазу и период деления. Это понятие помогает проследить, когда клетка растёт, копирует наследственный материал и образует дочерние клетки.
Интерфаза — часть клеточного цикла между делениями, состоящая из периодов G1, S и G2. В это время клетка не бездействует: она растёт, функционирует, удваивает ДНК и готовится к митозу. Поэтому интерфаза обеспечивает полноценную подготовку к разделению.
Репликация ДНК — удвоение молекул ДНК в S-периоде интерфазы. В результате каждая хромосома получает две сестринские хроматиды, содержащие одинаковую наследственную информацию. Это нужно, чтобы после деления каждая дочерняя клетка получила полный набор генов.
Митоз — период клеточного цикла, при котором хромосомы распределяются между двумя генетически сходными дочерними ядрами. После митоза обычно происходит цитокинез — разделение цитоплазмы и клеточных органоидов. Вместе эти процессы завершают образование двух дочерних клеток.
Клеточный цикл начинается с G1, потому что только что образовавшаяся клетка ещё мала и должна восстановить рабочие структуры. Она увеличивает объём цитоплазмы, образует органоиды и синтезирует белки. Одновременно накапливаются вещества и энергия, необходимые для будущего копирования ДНК.
В S-периоде каждая молекула ДНК служит матрицей для создания своей копии. Поэтому одна хромосома превращается в структуру из двух сестринских хроматид, соединённых центромерой. Число хромосом при этом не удваивается: меняется количество молекул ДНК, а не число центромер.
G2 нужен для проверки и завершения подготовки к делению. Клетка выявляет возможные ошибки репликации, синтезирует белки веретена деления и накапливает энергию. Такой этап снижает вероятность того, что повреждённая ДНК или неготовые структуры помешают правильному распределению хромосом.
Во время митоза сначала конденсируются хромосомы, затем они выстраиваются и разделяются так, чтобы каждое дочернее ядро получило одинаковый набор. После завершения деления ядра клетка переходит к цитокинезу. В этот момент разделяются цитоплазма, мембрана и органоиды, поэтому возникают две самостоятельные клетки.
Периоды цикла имеют разную продолжительность, потому что рост, копирование ДНК и деление требуют неодинакового времени. Контрольные точки проверяют состояние генетического материала и готовность клетки к следующему этапу. Если ДНК повреждена или подготовка не завершена, переход задерживается, что уменьшает риск появления клеток с ошибочным набором хромосом.
| Период | Основные процессы | Состояние генетического материала | Результат периода | Контрольные события |
|---|---|---|---|---|
| G1-период | Рост клетки, синтез белков, восстановление и образование органоидов | ДНК не удвоена; обычно 2n хромосом и 2C ДНК | Клетка подготовлена к репликации | Проверка размеров, питательных веществ и повреждений ДНК |
| S-период | Репликация каждой молекулы ДНК | Число хромосом сохраняется, содержание ДНК становится 4C | Каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид | Контроль точности копирования ДНК |
| G2-период | Синтез белков для митоза, рост и окончательная подготовка | 2n хромосом и 4C ДНК | Клетка готова к делению ядра | Проверка завершённости репликации и исправности ДНК |
| Митоз | Конденсация, выстраивание и расхождение хромосом | Сестринские хроматиды расходятся к разным полюсам | Образуются два генетически сходных ядра | Проверка прикрепления хромосом к веретену деления |
| Цитокинез | Разделение цитоплазмы и распределение органоидов | В каждой формирующейся клетке — свой полный набор ДНК | Возникают две дочерние клетки | Контроль завершения разделения клетки |
| Состояние G0 | Выход из активного цикла и выполнение специализированных функций | ДНК не реплицируется, клетка обычно не делится | Деление временно или постоянно прекращено | Возврат в цикл возможен только при подходящих сигналах |
В таблице удобно читать цикл слева направо: сначала клетка растёт, затем копирует ДНК, готовится к митозу и делится. Сравнивая столбцы о генетическом материале, не смешивайте число хромосом с количеством ДНК. Строка G0 показывает особый вариант, при котором клетка не продолжает обычную последовательность этапов.
В клетке активно синтезируются белки и увеличивается число органоидов, но удвоение ДНК ещё не началось. Определим, какой период описан в условии. Для этого сопоставим признаки клетки с процессами интерфазы.
Ответ: клетка находится в G1-периоде интерфазы. В этот момент она растёт и накапливает вещества для последующей репликации ДНК.
До репликации в клетке содержалось 2n хромосом и 2C ДНК. Нужно определить показатели сразу после завершения S-периода. Главное — отдельно проследить число хромосом и количество молекул ДНК.
Ответ: после S-периода в клетке 2n хромосом и 4C ДНК. Удвоилось не число хромосом, а количество ДНК в составе хромосом.
На препарате видны конденсированные хромосомы, выстроенные в экваториальной плоскости клетки. Нужно распознать фазу митоза и определить следующий этап. Расположение хромосом в центре клетки является главным признаком этой фазы.
Ответ: это метафаза митоза. Следующим этапом будет анафаза с расхождением сестринских хроматид.
Ошибка 1. Иногда считают, что S-период увеличивает число хромосом вдвое. Так происходит из-за смешения хромосомы с молекулой ДНК или хроматидой. Проверка проста: посчитайте центромеры — до разделения сестринских хроматид их число не меняется.
Ошибка 2. Митоз относят к интерфазе, потому что он тоже входит в клеточный цикл. Но интерфаза включает только G1, S и G2, а митоз является отдельным периодом деления. Проверьте себя по вопросу: происходит ли сейчас рост и репликация или распределение хромосом?
Ошибка 3. Неверно считать, что каждый цикл обязательно заканчивается делением. Часть клеток выходит в G0 и временно или постоянно прекращает пролиферацию, то есть размножение делением. Если клетка выполняет специальную функцию и не готовится к митозу, возможно состояние G0.
Ошибка 4. Митоз и цитокинез иногда называют одним процессом. Митоз делит ядро и распределяет хромосомы, а цитокинез разделяет цитоплазму и органоиды. Чтобы не ошибиться, определите, что именно разделяется: наследственный материал или содержимое клетки.
Для понимания клеточного цикла нужны знания о строении хромосомы, ДНК, хроматиде и центромере. Полезно также различать способы деления клетки, прежде всего митоз и мейоз. Эти понятия объясняют, как наследственная информация сохраняется и передаётся дочерним клеткам.
Тема понадобится при изучении митоза и мейоза, роста и регенерации организмов, а также дифференцировки клеток. Нарушения контрольных точек помогают понять, почему при опухолевом росте клетки начинают делиться бесконтрольно. Связь между этапами цикла показывает, как клетка поддерживает устойчивость организма.
Почему после удвоения ДНК число хромосом не увеличивается?
Каждая хромосома после репликации состоит из двух сестринских хроматид, соединённых центромерой. Число хромосом считают по числу центромер, поэтому оно остаётся прежним, а количество ДНК удваивается.
В чём разница между интерфазой и митозом?
Интерфаза включает периоды G1, S и G2, когда клетка растёт, копирует ДНК и готовится к делению. Митоз — это распределение хромосом и образование двух дочерних ядер.
Всегда ли клетка после G2 обязательно вступает в митоз?
Нет, переход может быть остановлен контрольными точками, если ДНК повреждена или подготовка не завершена. Некоторые клетки выходят в состояние G0 и временно или постоянно прекращают делиться.
Чем митоз отличается от цитокинеза?
Митоз обеспечивает деление ядра и равномерное распределение хромосом. Цитокинез разделяет цитоплазму и органоиды, образуя две самостоятельные дочерние клетки.
Что происходит с клеткой, если она выходит в состояние G0?
Клетка временно или постоянно покидает активный клеточный цикл и не готовится к очередному делению. При определённых сигналах некоторые клетки могут вернуться в G1, а специализированные клетки часто остаются в G0 надолго.
§25. Клеточный цикл и его периоды
