Непрерывность жизни от одной клетки к другой имеет свою основу в размножении клеток посредством клеточного цикла.
Клеточный цикл представляет собой упорядоченную последовательность событий в жизни клетки от деления одиночной родительской клетки на две новые дочерние клетки до последующего деления этих дочерних клеток.
Механизмы, задействованные в клеточном цикле, высоко консервативны по отношению к эукариотам. Такие разнообразные организмы, как протисты, растения и животные, действуют аналогичным образом.
Геномная ДНК
Прежде чем обсуждать шаги, которые клетка обязуется повторить, необходимо более глубокое понимание структуры и функции генетической информации клетки. Полный состав ДНК клетки называется ее геном. В прокариотах геном состоит из одной двухцепочечной молекулы ДНК в виде петли или круга. Регион в клетке, содержащей этот генетический материал, называется нуклеоидом. Некоторые прокариоты также имеют меньшие петли ДНК, называемые плазмидами, которые не являются необходимыми для нормального роста.
В эукариотах геном состоит из нескольких двухцепочечных линейных молекул ДНК, связанных белками в комплексы, называемые хромосомами. Каждый вид эукариот имеет характерное количество хромосом в ядрах своих клеток.
Клетки организма человека (соматические клетки) содержат 46 хромосом. Соматическая клетка содержит два совпадающих набора хромосом, конфигурация известная как диплоид. Буква n используется для обозначения одного набора хромосом, поэтому диплоидный организм обозначается 2n. Клетки человека, которые содержат один набор из 23 хромосом, называются гаметами, или половыми клетками; эти яйца и сперматозоиды обозначаются n, или гаплоидами.
Соответствующие пары хромосом в диплоидном организме называются гомологическими хромосомами. Гомологические хромосомы имеют одинаковую длину и специфические сегменты нуклеотидов, называемые генами.
Гены, функциональные единицы хромосом, определяют специфические характеристики путем кодирования для конкретных белков. Характеристики - это различные формы характеристик. Например, форма мочек ушей характеризуется наличием признаков свободного или прикрепленного уха.
Каждая копия гомологичной пары хромосом происходит от разных родителей, поэтому копии самих генов могут не быть идентичными. Различия между особями внутри вида обусловлены специфическим сочетанием генов, унаследованных от обоих родителей.
Например, на человеческой хромосоме существует три возможных последовательности генов, кодирующих тип крови: последовательность А, последовательность В и последовательность О. Поскольку все диплоидные клетки человека имеют две копии хромосомы, определяющие тип крови, определяется тип крови (признак), по которому наследуются две версии маркерного гена. Можно иметь две копии одной и той же последовательности генов, по одной на каждой гомологичной хромосоме (например, AA, BB или OO), или две разные последовательности, такие как AB.
Незначительные различия в таких характеристиках, как тип крови, цвет глаз и рост, способствуют естественным колебаниям, наблюдаемым внутри вида. Половые хромосомы, X и Y, являются единственным исключением из правила гомологических хромосом; за исключением небольшого количества гомологии, которое необходимо для надежного производства гамет, гены, обнаруженные в хромосомах X и Y, не являются одинаковыми.
Клеточный цикл
Клеточный цикл представляет собой упорядоченную серию событий, связанных с ростом и делением клеток, в результате которых вырабатываются две новые дочерние клетки.
Клетки на пути к делению клетки проходят через ряд четко определенных по времени и тщательно регулируемых стадий роста, репликации ДНК и деления, которые производят две генетически идентичные клетки. Клеточный цикл состоит из двух основных фаз: межфазной и митотической.
- Во время межфазного роста клетки растут, и ДНК реплицируется.
- Во время митотической фазы происходит разделение реплицированной ДНК и цитоплазматического содержимого и деление клетки.
Интерфаза
В межфазный период клетка проходит нормальные процессы, одновременно готовясь к делению клетки. Для того чтобы клетка перешла от межфазной к митотической фазе, необходимо выполнение многих внутренних и внешних условий. Три стадии межфазового взаимодействия называются G1, S и G2.
G1 Фаза
Первая фаза межфазного перехода называется фазой G1, или первым промежутком, так как изменений практически не видно. Однако на стадии G1 клетка достаточно активна на биохимическом уровне. Клетка накапливает структурные элементы хромосомной ДНК и связанные с ней белки, а также накапливает достаточно энергии для выполнения задачи репликации каждой хромосомы в ядре.
S Фаза
На протяжении всего межфазного периода ядерная ДНК остается в полуконденсированной конфигурации хроматина. В фазе S (фаза синтеза) репликация ДНК приводит к образованию двух идентичных копий каждого хромосомного хроматида, сестры-хроматида, которые прочно прикреплены к центромной области. На данном этапе каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматидов и является дублирующей хромосомой. Центросома дублируется во время фазы S. Две центросомы приведут к появлению митотического шпинделя, аппарата, который организует движение хромосом во время митоза. Центросома состоит из пары центриолов, похожих на стержни, под прямым углом друг к другу.
Центриолы помогают организовать деление клеток. Центриолы не присутствуют в центрозомах многих видов эукариот, таких как растения и большинство грибов.
G2 Фаза
В фазе G2, или во втором промежутке, клетка пополняет свои запасы энергии и синтезирует белки, необходимые для манипулирования хромосомами. Некоторые клеточные органеллы дублируются, и цитоскелет демонтируется для обеспечения ресурсов для митотического шпинделя.
Во время G2 может наблюдаться дополнительный рост клеток. Окончательные приготовления к митотической фазе должны быть завершены до того, как клетка сможет войти в первую стадию митоза.
