מחזור התא הוא תקופת קיומו של תא מרגע היווצרותו על ידי חלוקת תא האם לחלוקה או מוות משלו.
משך מחזור התא
אורך מחזור התא משתנה מתא לתא. תאים המתרבים במהירות של אורגניזמים בוגרים, כגון תאים המטופואטיים או בסיסיים של האפידרמיס והמעי הדק, יכולים להיכנס למחזור התא כל 12-36 שעות. מחזורי תאים קצרים (כ-30 דקות) נצפים במהלך הפיצול המהיר של ביצים של אכינודרמים, דו-חיים וחיות אחרות. בתנאי ניסוי, לשורות תרבית תאים רבות יש מחזור תאים קצר (כ-20 שעות). ברוב התאים המתחלקים באופן פעיל, התקופה בין מיטוזות היא כ-10-24 שעות.
שלבי מחזור התא
מחזור התא האוקריוטי מורכב משתי תקופות:
תקופת צמיחת התא, הנקראת "אינטרפאזה", במהלכה מסונתזים DNA וחלבונים ונעשות הכנות לחלוקת התא.
תקופת חלוקת התא, הנקראת "שלב M" (מהמילה מיטוזה - מיטוזה).
אינטרפאזה מורכבת ממספר תקופות:
G 1 -פאזה (מהאנגלית. פער- מרווח), או שלב הצמיחה הראשונית, שבמהלכו מסונתזים mRNA, חלבונים ורכיבים תאיים אחרים;
S-phases (מאנגלית. סִינתֶזָה- סינתזה), שבמהלכה משוכפל ה-DNA של גרעין התא, מתרחשת גם הכפלה של centrioles (אם, כמובן, הם קיימים).
G 2 -phase, שבמהלכו יש הכנה למיטוזה.
תאים מובחנים שאינם מתחלקים עוד עשויים להיעדר שלב G 1 במחזור התא. תאים כאלה נמצאים בשלב המנוחה G 0 .
תקופת חלוקת התא (שלב M) כוללת שני שלבים:
קריוקינזיס (חלוקת גרעין);
ציטוקינזיס (חלוקה של הציטופלזמה).
בתורו, מיטוזה מחולקת לחמישה שלבים.
תיאור חלוקת התאים מבוסס על נתוני מיקרוסקופ אור בשילוב עם מיקרופילם ועל תוצאות מיקרוסקופ אור ואלקטרונים של תאים קבועים ומוכתמים.
ויסות מחזור התא
הרצף הטבעי של תקופות משתנות של מחזור התא מתבצע על ידי אינטראקציה של חלבונים כגון קינאזות תלויות ציקלין וציקלינים. תאים בשלב G0 יכולים להיכנס למחזור התא כאשר הם נחשפים לגורמי גדילה. גורמי גדילה שונים, כגון גורמי גדילה של טסיות, אפידרמיס ועצבים, על ידי קשירה לקולטנים שלהם, מעוררים מפל איתות תוך תאי, אשר מוביל בסופו של דבר לשעתוק הגנים של ציקלין וקינאזות תלויות ציקלין. קינאזות תלויות ציקלין הופכות פעילות רק כאשר הן מקיימות אינטראקציה עם הציקלין המתאימים. התוכן של ציקלינים שונים בתא משתנה לאורך כל מחזור התא. ציקלין הוא מרכיב רגולטורי של קומפלקס קינאז תלוי ציקלין-ציקלין. קינאז הוא המרכיב הקטליטי של קומפלקס זה. קינאזים אינם פעילים ללא ציקלין. ציקלינים שונים מסונתזים בשלבים שונים של מחזור התא. לפיכך, התוכן של cyclin B בביציות צפרדע מגיע למקסימום עד למועד המיטוזה, כאשר כל מפל תגובות הזרחון המזרזות על ידי קומפלקס קינאז תלוי ציקלין B/ציקלין מופעל. בסוף המיטוזה, ציקלין מתפרק במהירות על ידי חלבונים.
מחזור התא
מחזור התא מורכב ממיטוזה (M-phase) ואינטרפאזה. בשלב האינטרפאזי, שלבים G 1 , S ו- G 2 מובחנים ברצף.
שלבי מחזור התא
Interphase
G 1 עוקב אחר הטלופאז של המיטוזה. בשלב זה, התא מסנתז RNA וחלבונים. משך השלב הוא בין מספר שעות למספר ימים.
G 2 תאים יכולים לצאת מהמחזור והם בשלב G 0 . בשלב G 0 תאים מתחילים להתמיין.
ס. בשלב ה-S, סינתזת החלבון נמשכת בתא, מתרחשת שכפול DNA, והצנטריולים מופרדים. ברוב התאים, שלב S נמשך 8-12 שעות.
G 2 . בשלב G 2, סינתזת RNA וחלבונים נמשכת (לדוגמה, סינתזה של טובולין עבור מיקרוטובולים של הציר המיטוטי). צנטריולים של הבת מגיעים לגודל של אברונים סופיים. שלב זה נמשך 2-4 שעות.
מיטוזיס
במהלך מיטוזה, הגרעין (קריוקינזיס) והציטופלזמה (ציטוקינזיס) מתחלקים. שלבי מיטוזה: פרופאזה, פרומטפאזה, מטאפאזה, אנפאזה, טלופזה.
פרופאזה. כל כרומוזום מורכב משתי כרומטידות אחיות המחוברות באמצעות צנטרומר, הגרעין נעלם. Centrioles מארגנים את הציר המיטוטי. זוג צנטריולים הוא חלק מהמרכז המיטוטי, שממנו משתרעים המיקרוטובולים באופן רדיאלי. ראשית, המרכזים המיטוטים ממוקמים ליד הממברנה הגרעינית, ולאחר מכן מתפצלים, ונוצר ציר מיטוטי דו-קוטבי. תהליך זה כרוך במיקרוטובוליות קוטביות המקיימות אינטראקציה זו עם זו כשהן מתארכות.
צנטרול הוא חלק מהצנטרוזום (הצנטרוזום מכיל שני צנטריולים ומטריצת פריצנטריולה) ובעל צורה של גליל בקוטר 15 ננומטר ואורך של 500 ננומטר; דופן הגליל מורכבת מ-9 שלישיות של מיקרוטובולים. בצנטרוזום, הצנטרולים ממוקמים בזוית ישרה זה לזה. במהלך שלב S של מחזור התא, צנטריולים משוכפלים. במיטוזה, זוגות של צנטריולים, שכל אחד מהם מורכב מהמקור ומהחדש שנוצר, מתפצלים לקטבים של התא ומשתתפים ביצירת הציר המיטוטי.
פרומטפאזה. המעטפת הגרעינית מתפרקת לרסיסים קטנים. קינטוכורים מופיעים באזור הצנטרומרים, ומתפקדים כמרכזים לארגון של מיקרוטובולים קינטוכורים. יציאת הקינטוכורים מכל כרומוזום בשני הכיוונים והאינטראקציה שלהם עם המיקרוטובולים הקוטביים של הציר המיטוטי היא הסיבה לתנועת הכרומוזומים.
מטאפאזה. הכרומוזומים ממוקמים בקו המשווה של הציר. נוצרת צלחת מטאפאזה, שבה כל כרומוזום מוחזק על ידי זוג קינטוכורים ומיקרו-צינוריות קינטוכורים קשורות המכוונות לקטבים מנוגדים של הציר המיטוטי.
אנפאזה- הפרדה של כרומוזומי בת לקטבים של הציר המיטוטי בקצב של 1 מיקרומטר לדקה.
טלופאז. הכרומטידות מתקרבות לקטבים, המיקרוטובולים הקינטוכורים נעלמות, והקוטבים ממשיכים להתארך. נוצר הממברנה הגרעינית, הגרעין מופיע.
ציטוקינזיס- חלוקה של הציטופלזמה לשני חלקים נפרדים. התהליך מתחיל באנפאזה מאוחרת או בטלופזה. הפלזמלמה נמשכת בין שני גרעיני הבת במישור המאונך לציר הארוך של הציר. תלם הביקוע מעמיק, ונותר גשר בין תאי הבת - הגוף השיורי. הרס נוסף של מבנה זה מוביל לחלוקה מלאה של תאי בת.
ווסתי חלוקת תאים
התפשטות תאים המתרחשת על ידי מיטוזה מווסתת היטב על ידי מגוון אותות מולקולריים. הפעילות המתואמת של מווסתים מרובים אלה של מחזור התא מבטיחה הן את המעבר של התאים משלב לשלב של מחזור התא והן את הביצוע המדויק של האירועים של כל שלב. הסיבה העיקרית להופעת תאים בלתי מבוקרים שגשוג היא מוטציה של גנים המקודדים למבנה של מווסת מחזור התא. הרגולטורים של מחזור התא והמיטוזה מחולקים לתאיים ולבין תאיים. האותות המולקולריים התוך-תאיים רבים, ביניהם, קודם כל, יש להזכיר את מווסתי מחזור התא (ציקלינים, קינאזות חלבון תלויות ציקלין, המפעילים והמעכבים שלהם) ומדכאי אונקו.
MEIOSIS
מיוזיס מייצר גמטות הפלואידיות.
החלוקה הראשונה של המיוזה
החלוקה הראשונה של המיוזה (פרופאזה I, מטאפאזה I, אנפאזה I וטלופזה I) היא רדוקציונית.
פרופאזהאניעובר ברציפות מספר שלבים (לפטוטן, זיגוטן, פאכיטן, דיפלוטן, דיאקינזיס).
לפטוטננה -הכרומטין מתעבה, כל כרומוזום מורכב משתי כרומטידות המחוברות באמצעות צנטרומר.
זיגוטן- כרומוזומים זוגיים הומולוגיים מתקרבים ובאים במגע פיזי ( סינפסיס) בצורה של קומפלקס סינפטונמלי המספק צימוד של כרומוזומים. בשלב זה, שני זוגות סמוכים של כרומוזומים יוצרים דו ערכי.
Pachyteneכרומוזומים מתעבים עקב ספירליזציה. חלקים נפרדים של הכרומוזומים המצומדים מצטלבים זה בזה ויוצרים כיאסמטה. זה קורה כאן הצלבה- חילופי אתרים בין כרומוזומים הומולוגיים של אב לאמהי.
דיפלוטן– הפרדה של כרומוזומים מצומדים בכל זוג כתוצאה מפיצול אורכי של הקומפלקס הסינפטונאלי. כרומוזומים מפוצלים לכל אורך הקומפלקס, למעט הצ'יאסמטה. כחלק מהדו-ערכי, ניתן להבחין בבירור בין 4 כרומטידות. דו ערכי כזה נקרא טטרד. אתרי התפרקות מופיעים בכרומטידות, שם מסונתז RNA.
דיאקינזיס.נמשכים תהליכי קיצור הכרומוזומים ופיצול זוגות הכרומוזומים. Chiasmata עוברים לקצוות הכרומוזומים (טרמינליזציה). הממברנה הגרעינית נהרסת, הגרעין נעלם. הציר המיטוטי מופיע.
מטאפאזהאני. במטאפאזה I, הטטראדים יוצרים את לוח המטאפאזה. באופן כללי, כרומוזומים אבהיים ואימהיים מופצים באופן אקראי משני צדי קו המשווה של הציר המיטוטי. דפוס זה של הפצת כרומוזומים עומד בבסיס החוק השני של מנדל, אשר (יחד עם המעבר) מספק הבדלים גנטיים בין פרטים.
אנפאזהאנישונה מהאנפאזה של מיטוזה בכך שבמהלך המיטוזה כרומטידות אחיות מתפצלות לכיוון הקטבים. בשלב זה של המיוזה, כרומוזומים שלמים עוברים לקטבים.
טלופאזאניאינו שונה מהטלופאזה של מיטוזה. נוצרים גרעינים עם 23 כרומוזומים מצומדים (כפולים), מתרחשת ציטוקינזיס ונוצרים תאי בת.
חלוקה שנייה של מיוזה.
החלוקה השנייה של המיוזה - משוווית - ממשיכה באותו אופן כמו המיטוזה (פרופאזה II, מטאפאזה II, אנפאזה II וטלופזה), אך הרבה יותר מהר. תאי הבת מקבלים קבוצה הפלואידית של כרומוזומים (22 אוטוזומים וכרומוזום מין אחד).
מחזור חיי התא, או מחזור התא, הוא פרק הזמן שבו הוא קיים כיחידה, כלומר תקופת חיי התא. הוא נמשך מרגע הופעת התא כתוצאה מחלוקת אמו ועד לסיום חלוקתו עצמו, כאשר הוא "מתפרק" לשתי בנות.
יש מקרים שבהם התא לא מתחלק. אז מחזור החיים שלו הוא התקופה מהופעת התא ועד המוות. בדרך כלל תאים של מספר רקמות של אורגניזמים רב-תאיים אינם מתחלקים. למשל, תאי עצב ותאי דם אדומים.
נהוג במחזור החיים של תאים אוקריוטיים להבחין במספר תקופות, או שלבים ספציפיים. הם אופייניים לכל התאים המתחלקים. השלבים מוגדרים G 1, S, G 2, M. משלב G 1, תא יכול לעבור לשלב G 0, שנותר בו אינו מתחלק ובמקרים רבים מתמיין. במקביל, חלק מהתאים יכולים לחזור מ-G 0 ל-G 1 ולעבור את כל שלבי מחזור התא.
האותיות בקיצורי פאזה הן האותיות הראשונות של מילים באנגלית: gap (פער), סינתזה (סינתזה), מיטוזה (מיטוזיס).
התאים מוארים עם מחוון פלואורסצנטי אדום בשלב G1. שאר השלבים של מחזור התא הם ירוקים.
פרק זמן G 1 - פרה-סינטטי– מתחיל ברגע שהתא הופיע. ברגע זה, הוא קטן בגודלו מהאם, יש בו מעט חומרים, מספר האברונים אינו מספיק. לכן, ב-G 1 מתרחשת צמיחת תאים, סינתזה של RNA, חלבונים ובניית אברונים. בדרך כלל G 1 הוא השלב הארוך ביותר במחזור חיי התא.
S - תקופה סינתטית. המאפיין החשוב ביותר שלו הוא שכפול ה-DNA על ידי שכפול. כל כרומוזום הופך להיות מורכב משתי כרומטידות. במהלך תקופה זו, הכרומוזומים עדיין מאושרים. בכרומוזומים, בנוסף ל-DNA, ישנם חלבוני היסטון רבים. לכן, בשלב S, היסטונים מסונתזים בכמויות גדולות.
בְּ תקופה פוסט-סינתטית - G 2התא מתכונן לחלוקה, בדרך כלל על ידי מיטוזה. התא ממשיך לגדול, סינתזת ATP מתרחשת באופן פעיל, צנטריולים יכולים להכפיל את עצמו.
לאחר מכן, התא נכנס שלב חלוקת התא - M. כאן מתבצעת חלוקת גרעין התא. מיטוזהואחריו חלוקה של הציטופלזמה ציטוקינזיס. השלמת הציטוקינזיס מסמנת את סוף מחזור החיים של תא נתון ותחילתם של שני מחזורי תאים חדשים.
שלב G0מכונה לפעמים תקופת "מנוחה" של התא. התא "עוזב" את המחזור הרגיל. במהלך תקופה זו, התא עשוי להתחיל להתמיין ולעולם לא יחזור למחזוריות הרגילה. שלב G0 יכול לכלול גם תאים מזדקנים.
המעבר לכל שלב עוקב של המחזור נשלט על ידי מנגנונים סלולריים מיוחדים, מה שנקרא נקודות ביקורת - מחסומים. כדי שהשלב הבא יתחיל הכל צריך להיות מוכן לכך בתא, אסור שה-DNA יכיל שגיאות גסות וכו'.
שלבים G 0 , G 1 , S, G 2 יוצרים ביחד interphase - I.
צמיחת גוף האדםבשל עלייה בגודל ובמספר התאים, בעוד שהאחרון מסופק בתהליך של חלוקה, או מיטוזה. התפשטות התאים מתרחשת בהשפעת גורמי גדילה חוץ-תאיים, והתאים עצמם עוברים רצף חוזר של אירועים המכונה מחזור התא.
יש ארבעה עיקריים שלבים: G1 (קדם סינתטי), S (סינטטי), G2 (פוסט סינתטי) ו-M (מיטוטי). לאחר מכן, הפרדה של הציטופלזמה וממברנת הפלזמה, וכתוצאה מכך שני תאי בת זהים. שלבי Gl, S ו-G2 הם חלק מהשלב הבין-פאזי. שכפול הכרומוזומים מתרחש בשלב הסינתטי, או שלב S.
רוֹב תאיםאינם נתונים לחלוקה אקטיבית, הפעילות המיטוטית שלהם מדוכאת במהלך שלב ה-GO, שהוא חלק משלב G1.
משך M-phaseהוא 30-60 דקות, בעוד שמחזור התא כולו אורך כ-20 שעות.תלוי בגיל, תאים אנושיים רגילים (לא גידוליים) עוברים עד 80 מחזורים מיטוטיים.
תהליכים מחזור התאנשלטים על ידי הפעלה חוזרת ונשנית ברצף של אנזימים מרכזיים הנקראים חלבון קינאז תלויי ציקלין (CKKs), כמו גם הקופקטורים שלהם, ציקלין. במקביל, בהשפעת פוספוקינאזות ופוספטאזות, מתרחשות זרחון ודפוספורילציה של קומפלקסים ציקלין-CZK ספציפיים האחראים לתחילת שלבים מסוימים של המחזור.
בנוסף, בהתאמה שלבים דומים לחלבוני CZKלגרום לדחיסה של כרומוזומים, לקרע של הממברנה הגרעינית ולארגון מחדש של מיקרו-צינוריות של השלד הציטומטי על מנת ליצור את ציר הביקוע (ציר מיטוטי).
שלב G1 של מחזור התא
שלב G1- שלב ביניים בין שלב M- ו-S, במהלכו חלה עלייה בכמות הציטופלזמה. בנוסף, בתום שלב G1 נמצא המחסום הראשון, בו בודקים תיקון DNA ותנאי סביבה (האם הם נוחים מספיק למעבר לשלב S).
במקרה הגרעיני DNAפגום, הפעילות של חלבון p53 עולה, מה שממריץ את השעתוק של p21. האחרון נקשר לקומפלקס ספציפי של cyclin-CZK האחראי על העברת התא ל-S-phase ומעכב את חלוקתו בשלב ה-Gl-phase. זה מאפשר לאנזימי תיקון לתקן שברי DNA פגומים.
כאשר מתרחשות פתולוגיות שכפול חלבון p53 של DNA פגוםממשיך, מה שמאפשר לתאים מתחלקים לצבור מוטציות ותורם להתפתחות תהליכי גידול. לכן חלבון p53 מכונה לעתים קרובות "שומר הגנום".
שלב G0 של מחזור התא
ריבוי תאים ביונקים אפשרי רק בהשתתפות מופרשים על ידי תאים אחרים גורמי גדילה תאיים, אשר מפעילים את השפעותיהם באמצעות העברת אותות מדורגת של פרוטו-אונקוגנים. אם במהלך שלב G1 התא אינו מקבל את האותות המתאימים, אז הוא יוצא ממחזור התא ונכנס למצב G0, שיכול להימשך מספר שנים.
חסימת ה-G0 מתרחשת בעזרת חלבונים - מדכאי מיטוזיס, שאחד מהם הוא חלבון רטינובלסטומה(חלבון Rb) המקודד על ידי אללים תקינים של הגן רטינובלסטומה. חלבון זה נצמד לחלבונים מווסתים ספציפיים, חוסם את הגירוי של שעתוק גנים הדרושים לשגשוג תאים.
גורמי גדילה תאיים הורסים את החסימה על ידי הפעלה מתחמי ציקלין-CZK ספציפיים ל-G, המזרחנים את חלבון Rb ומשנים את הקונפורמציה שלו, וכתוצאה מכך נשבר הקשר עם חלבונים מווסתים. במקביל, האחרונים מפעילים את השעתוק של הגנים שהם מקודדים, המפעילים את תהליך ההתפשטות.
שלב S של מחזור התא
כמות סטנדרטית גדילי DNA כפוליםבכל תא, המקביל לקבוצה הדיפלואידית של כרומוזומים חד-גדיליים, נהוג לסמן אותו כ-2C. סט 2C נשמר לאורך שלב ה-G1 ומכפיל את עצמו (4C) במהלך שלב ה-S כאשר מסונתז DNA כרומוזומלי חדש.
מתחילים מהסוף S-phaseועד שלב M (כולל שלב G2), כל כרומוזום גלוי מכיל שתי מולקולות DNA קשורות בחוזקה הנקראות כרומטידות אחיות. לפיכך, בתאים אנושיים, מסוף שלב S עד אמצע שלב M, ישנם 23 זוגות של כרומוזומים (46 יחידות גלויות), אך 4C (92) סלילים כפולים של DNA גרעיני.
בתהליך מיטוזהההתפלגות של קבוצות זהות של כרומוזומים על פני שני תאי בת מתרחשת באופן שכל אחד מהם מכיל 23 זוגות של מולקולות DNA 2C. יש לציין ששלבי G1 ו-G0 הם השלבים היחידים במחזור התא שבמהלכם מערך 2C של מולקולות ה-DNA מתאים ל-46 כרומוזומים בתאים.
שלב G2 של מחזור התא
שְׁנִיָה צ'ק פוינט, שבודק את גודל התא, נמצא בסוף שלב ה-G2, הממוקם בין שלב S למיטוזה. בנוסף, בשלב זה, לפני שממשיכים למיטוזה, בודקים את שלמות השכפול ושלמות ה-DNA. מיטוזה (M-phase)
1. פרופאזה. כרומוזומים, שכל אחד מהם מורכב משתי כרומטידות זהות, מתחילים להתעבות ולהיות גלויים בתוך הגרעין. בקטבים מנוגדים של התא, מנגנון דמוי ציר מתחיל להיווצר סביב שני צנטרוזומים מסיבי טובולין.
2. פרומטפאזה. הממברנה הגרעינית נפרדת. קינטוכורים נוצרים סביב הצנטרומרים של הכרומוזומים. סיבי טובולין חודרים לגרעין ומתרכזים ליד הקינטוכורים, ומחברים אותם עם סיבים היוצאים מהצנטרוזומים.
3. מטאפאזה. המתח בסיבים גורם לכרומוזומים להתיישר באמצע בקו בין קטבי הציר ובכך ליצור את לוח המטאפאזה.
4. אנפאזה. ה-DNA של הצנטרומר, המחולק בין כרומטידות אחיות, מוכפל, הכרומטידות נפרדות ומתפצלות קרוב יותר לקטבים.
5. טלופאז. הכרומטידות האחיות המופרדות (שמכאן ואילך נחשבות לכרומוזומים) מגיעות אל הקטבים. סביב כל אחת מהקבוצות מתפתחת קרום גרעיני. כרומטין דחוס מתפזר ויוצרים נוקלאולי.
6. ציטוקינזיס. קרום התא מתכווץ ונוצר תלם מחשוף באמצע בין הקטבים, המפריד בסופו של דבר בין שני תאי הבת.
מחזור צנטרוזום
ב זמן שלב G1זוג צנטריולים המקושרים לכל צנטרוזום נפרד. במהלך שלבי S-ו-G2, נוצרת צנטרול בת חדש מימין לצנטריולים הישנים. בתחילת שלב M, הצנטרוזום נפרד, שני הצנטרוזומים של הבת מתפצלים לכיוון הקטבים של התא.
שיעור זה מאפשר לך ללמוד באופן עצמאי את הנושא "מחזור חיי התא". עליו נדבר על מה משחק תפקיד מרכזי בחלוקת תאים, מה מעביר מידע גנטי מדור לדור. כמו כן תלמדו את כל מחזור החיים של תא, הנקרא גם רצף האירועים המתרחשים מרגע היווצרות התא ועד לחלוקתו.
נושא: רבייה והתפתחות אינדיבידואלית של אורגניזמים
שיעור: מחזור חיים של תא
על פי תורת התא, תאים חדשים נוצרים רק באמצעות חלוקה של תאי האם הקודמים. , המכילות מולקולות DNA, ממלאות תפקיד חשוב בתהליכי חלוקת התא, שכן הן מבטיחות העברת מידע גנטי מדור לדור.
לכן, חשוב מאוד שתאי הבת יקבלו את אותה כמות של חומר גנטי, וזה די טבעי שקודם לכן חלוקת תאישנה הכפלה של החומר הגנטי, כלומר מולקולת ה-DNA (איור 1).
מהו מחזור התא? מחזור חיי התא- רצף האירועים המתרחשים מרגע היווצרות תא נתון ועד לחלוקתו לתאי בת. לפי הגדרה אחרת, מחזור התא הוא חייו של תא מרגע הופעתו כתוצאה מחלוקת תא האם ועד לחלוקה או מותו שלו.
במהלך מחזור התא, התא גדל ומשתנה בצורה כזו שיבצע בהצלחה את תפקידיו באורגניזם רב תאי. תהליך זה נקרא בידול. אז התא מבצע בהצלחה את תפקידיו למשך פרק זמן מסוים, ולאחר מכן הוא ממשיך לחלוקה.
ברור שכל התאים של אורגניזם רב תאי אינם יכולים להתחלק ללא הגבלה, אחרת כל היצורים, כולל בני האדם, יהיו בני אלמוות.
אורז. 1. שבר של מולקולת DNA
זה לא קורה, כי יש "גנים מוות" ב-DNA המופעלים בתנאים מסוימים. הם מסנתזים חלבונים-אנזימים מסוימים שהורסים את מבנה התא, האברונים שלו. כתוצאה מכך, התא מתכווץ ומת.
מוות תאי מתוכנת זה נקרא אפופטוזיס. אבל בתקופה מרגע הופעת התא לאפופטוזיס, התא עובר חלוקות רבות.
מחזור התא מורכב מ-3 שלבים עיקריים:
1. Interphase - תקופה של צמיחה אינטנסיבית וביוסינתזה של חומרים מסוימים.
2. מיטוזיס, או קריוקינזיס (ביקוע גרעין).
3. ציטוקינזיס (חלוקה של הציטופלזמה).
נאפיין את שלבי מחזור התא ביתר פירוט. אז הראשון הוא אינטרפאזי. אינטרפאזה היא השלב הארוך ביותר, תקופה של סינתזה וצמיחה אינטנסיבית. התא מסנתז חומרים רבים הדרושים לצמיחתו וליישום כל הפונקציות הטבועות בו. במהלך האינטרפאזה מתרחשת שכפול DNA.
מיטוזיס הוא תהליך של חלוקה גרעינית, שבו הכרומטידות נפרדות זו מזו ומתחלקות מחדש בצורה של כרומוזומים בין תאי בת.
ציטוקינזיס הוא תהליך חלוקת הציטופלזמה בין שני תאי בת. בדרך כלל תחת השם מיטוזה, ציטולוגיה משלבת שלבים 2 ו-3, כלומר חלוקת תאים (קריוקינזיס), וחלוקת הציטופלזמה (ציטוקינזיס).
בואו נאפיין את האינטרפאז בפירוט רב יותר (איור 2). אינטרפאזה מורכבת מ-3 תקופות: G 1, S ו-G 2. התקופה הראשונה, פרה-סינטטית (G 1), היא השלב של גידול תאים אינטנסיבי.
אורז. 2. השלבים העיקריים של מחזור חיי התא.
כאן מתבצעת סינתזה של חומרים מסוימים, זהו השלב הארוך ביותר שאחרי חלוקת התא. בשלב זה ישנה הצטברות של חומרים ואנרגיה הדרושים לתקופה הבאה, כלומר להכפלת ה-DNA.
לפי תפיסות מודרניות, בתקופת G 1, מסונתזים חומרים המעכבים או מגרים את התקופה הבאה של מחזור התא, כלומר התקופה הסינתטית.
התקופה הסינתטית (S) נמשכת בדרך כלל 6 עד 10 שעות, בניגוד לתקופה הפרה-סינתטית, שיכולה להימשך עד מספר ימים וכוללת שכפול DNA, וכן סינתזה של חלבונים, כמו חלבוני היסטון, שיכולים להיווצר. כרומוזומים. עד סוף התקופה הסינתטית, כל כרומוזום מורכב משתי כרומטידות המחוברות זו לזו באמצעות צנטרומר. במהלך תקופה זו, הצנטריולים מוכפלים.
התקופה הפוסט-סינתטית (G 2) מתרחשת מיד לאחר הכפלת הכרומוזומים. זה נמשך בין 2 ל 5 שעות.
במהלך אותה תקופה, מצטברת האנרגיה הדרושה לתהליך נוסף של חלוקת תאים, כלומר ישירות למיטוזה.
במהלך תקופה זו מתרחשת חלוקת המיטוכונדריה והכלורופלסטים, ומסונתזים חלבונים, שייצרו לאחר מכן מיקרוטובולים. מיקרוטובולים, כידוע, יוצרים את חוט הציר, ועכשיו התא מוכן למיטוזה.
לפני שתמשיך לתיאור שיטות חלוקת התאים, שקול את תהליך שכפול ה-DNA, המוביל ליצירת שתי כרומטידות. תהליך זה מתרחש בתקופה הסינתטית. שכפול של מולקולת DNA נקרא שכפול או שכפול מחדש (איור 3).
אורז. 3. תהליך שכפול ה-DNA (שכפול) (תקופה סינתטית של אינטרפאזה). האנזים הליקאז (ירוק) משחרר את הסליל הכפול של ה-DNA, ופולימראזות ה-DNA (כחול וכתום) משלימים את הנוקלאוטידים המשלימים.
במהלך השכפול, חלק ממולקולת ה-DNA האימהית מתפתל לשני גדילים בעזרת אנזים מיוחד, הליקאז. יתר על כן, הדבר מושג על ידי שבירת קשרי המימן בין בסיסים חנקניים משלימים (A-T ו-G-C). יתר על כן, עבור כל נוקלאוטיד של גדילי ה-DNA המפוזרים, האנזים DNA פולימראז מתאים את הנוקלאוטיד המשלים שלו.
כך נוצרות שתי מולקולות DNA דו-גדיליות, שכל אחת מהן כוללת גדיל אחד של מולקולת האם וגדיל בת חדש אחד. שתי מולקולות ה-DNA זהות לחלוטין.
אי אפשר לשחרר את כל מולקולת ה-DNA הגדולה לצורך שכפול בו-זמנית. לכן, השכפול מתחיל בחלקים נפרדים של מולקולת ה-DNA, נוצרים שברים קצרים, אשר נתפרים לאחר מכן לחוט ארוך באמצעות אנזימים מסוימים.
משך מחזור התא תלוי בסוג התא ובגורמים חיצוניים כמו טמפרטורה, נוכחות חמצן, נוכחות חומרי הזנה. לדוגמה, תאי חיידק מתחלקים כל 20 דקות בתנאים נוחים, תאי אפיתל מעיים כל 8-10 שעות ותאים בקצות שורשי הבצל מתחלקים כל 20 שעות. וכמה תאים של מערכת העצבים אף פעם לא מתחלקים.
הופעתה של תורת התא
במאה ה-17, ראה הרופא האנגלי רוברט הוק (איור 4), באמצעות מיקרוסקופ אור תוצרת בית, כי הפקק ורקמות צמחים אחרות מורכבות מתאים קטנים המופרדים על ידי מחיצות. הוא קרא להם תאים.
אורז. 4. רוברט הוק
בשנת 1738 הגיע הבוטנאי הגרמני מתיאס שליידן (איור 5) למסקנה שרקמות הצמח מורכבות מתאי. שנה בדיוק לאחר מכן הגיע הזואולוג תיאודור שוואן (איור 5) לאותה מסקנה, אך רק לגבי רקמות בעלי חיים.
אורז. 5. מתיאס שליידן (משמאל) תיאודור שוואן (מימין)
הוא הגיע למסקנה שרקמות בעלי חיים, כמו רקמות צמחיות, מורכבות מתאי ושתאים הם הבסיס לחיים. בהתבסס על נתונים סלולריים, מדענים גיבשו תיאוריה סלולרית.
אורז. 6. רודולף וירצ'וב
לאחר 20 שנה, רודולף וירצ'וב (איור 6) הרחיב את תורת התאים והגיע למסקנה שתאים יכולים להיווצר מתאי אחרים. הוא כתב: "במקום שקיים תא, חייב להיות תא קודם, כשם שבעלי חיים באים רק מחיה, וצמחים רק מצמח... כל הצורות החיות, בין אם הן אורגניזמים של בעלי חיים או צמחיים, או חלקיהן המרכיבים אותם. , נשלטים על ידי החוק הנצחי של התפתחות מתמשכת.
מבנה הכרומוזומים
כידוע, כרומוזומים ממלאים תפקיד מפתח בחלוקת תאים שכן הם נושאים מידע גנטי מדור לדור. כרומוזומים מורכבים ממולקולת DNA הקשורה לחלבונים על ידי היסטונים. ריבוזומים מכילים גם כמות קטנה של RNA.
בתאים מתחלקים, הכרומוזומים מוצגים בצורה של חוטים דקים ארוכים, מפוזרים באופן שווה בכל נפח הגרעין.
לא ניתן להבחין בכרומוזומים בודדים, אך חומר הכרומוזום שלהם מוכתם בצבעים בסיסיים ונקרא כרומטין. לפני חלוקת התא, הכרומוזומים (איור 7) מתעבים ומתקצרים, מה שמאפשר לראות אותם בבירור במיקרוסקופ אור.
אורז. 7. כרומוזומים בפרופאזה 1 של המיוזה
במצב מפוזר, כלומר, מתוח, הכרומוזומים משתתפים בכל תהליכי הביוסינתזה או מווסתים את תהליכי הביוסינתזה, ובמהלך חלוקת התא פונקציה זו מושעה.
בכל צורות חלוקת התא, ה-DNA של כל כרומוזום משוכפל כך שנוצרים שני גדילי DNA זהים, כפולים פולינוקליאוטידים.
אורז. 8. מבנה הכרומוזום
שרשראות אלו מוקפות במעטפת חלבון ובתחילת חלוקת התא הן נראות כמו חוטים זהים המונחים זה לצד זה. כל חוט נקרא כרומטיד והוא מחובר לחוט השני על ידי אזור שאינו מכתים, הנקרא צנטרומר (איור 8).
שיעורי בית
1. מהו מחזור התא? מאילו שלבים הוא מורכב?
2. מה קורה לתא בזמן האינטרפאזה? מהם שלבי האינטרפאזי?
3. מהו שכפול? מהי המשמעות הביולוגית שלו? מתי זה קרה? אילו חומרים מעורבים בו?
4. כיצד נוצרה תורת התא? ציינו את המדענים שהשתתפו בהיווצרותו.
5. מהו כרומוזום? מה תפקידם של הכרומוזומים בחלוקת התא?
1. ספרות טכנית והומניטרית ().
2. אוסף יחיד של משאבים חינוכיים דיגיטליים ().
3. אוסף יחיד של משאבים חינוכיים דיגיטליים ().
4. אוסף יחיד של משאבים חינוכיים דיגיטליים ().
בִּיבּלִיוֹגְרָפִיָה
1. Kamensky A. A., Kriksunov E. A., Pasechnik V. V. General Biology 10-11 class Bustard, 2005.
2. ביולוגיה. כיתה י'. ביולוגיה כללית. רמה בסיסית / P. V. Izhevsky, O. A. Kornilova, T. E. Loshchilina ואחרים - מהדורה 2, מתוקנת. - ונטנה-גרף, 2010. - 224 עמודים.
3. Belyaev D.K ביולוגיה כיתה 10-11. ביולוגיה כללית. רמה בסיסית של. - מהדורה 11, סטריאוטיפ. - מ.: חינוך, 2012. - 304 עמ'.
4. ביולוגיה כיתה יא. ביולוגיה כללית. רמת פרופיל / V. B. Zakharov, S. G. Mamontov, N. I. Sonin ואחרים - מהדורה 5, סטריאוטיפ. - Bustard, 2010. - 388 עמ'.
5. Agafonova I. B., Zakharova E. T., Sivoglazov V. I. Biology 10-11 class. ביולוגיה כללית. רמה בסיסית של. - מהדורה 6, הוסף. - Bustard, 2010. - 384 עמ'.