Que se passe-t-il pendant la période synthétique du cycle cellulaire. Cycle de vie d'une cellule : phases, périodes. Cycle de vie d'un virus dans une cellule hôte. Périodes et phases du cycle cellulaire

laissez un commentaire 6,950

Cette leçon vous permet d'étudier de manière indépendante le thème « Le cycle de vie d'une cellule ». Nous parlerons ici de ce qui joue un rôle majeur dans la division cellulaire, qui transmet l'information génétique d'une génération à l'autre. Vous étudierez également l’ensemble du cycle de vie d’une cellule, également appelé séquence d’événements qui se produisent depuis le moment où une cellule se forme jusqu’à sa division.

Thème : Reproduction et développement individuel des organismes

Leçon : Cycle de vie cellulaire

1. Cycle cellulaire

Selon la théorie cellulaire, les nouvelles cellules apparaissent uniquement en divisant les cellules mères précédentes. Les chromosomes, qui contiennent des molécules d'ADN, jouent un rôle important dans les processus de division cellulaire, puisqu'ils assurent la transmission de l'information génétique d'une génération à l'autre.

Par conséquent, il est très important que les cellules filles reçoivent la même quantité de matériel génétique, et il est tout à fait naturel qu'avant la division cellulaire il se produit un doublement du matériel génétique, c'est-à-dire de la molécule d'ADN (Fig. 1).

Qu'est-ce que le cycle cellulaire ? Cycle de vie cellulaire- la séquence d'événements se produisant depuis le moment de la formation d'une cellule donnée jusqu'à sa division en cellules filles. Selon une autre définition, le cycle cellulaire est la vie d'une cellule depuis le moment où elle apparaît suite à la division de la cellule mère jusqu'à sa propre division ou sa mort.

Au cours du cycle cellulaire, une cellule grandit et change pour remplir avec succès ses fonctions dans un organisme multicellulaire. Ce processus est appelé différenciation. La cellule remplit alors avec succès ses fonctions pendant un certain temps, après quoi elle commence à se diviser.

Il est clair que toutes les cellules d’un organisme multicellulaire ne peuvent pas se diviser à l’infini, sinon toutes les créatures, y compris les humains, seraient immortelles.

Riz. 1. Fragment d'une molécule d'ADN

Cela ne se produit pas car il existe des « gènes de la mort » dans l’ADN qui sont activés dans certaines conditions. Ils synthétisent certaines protéines enzymatiques qui détruisent les structures cellulaires et les organites. En conséquence, la cellule rétrécit et meurt.

Cette mort cellulaire programmée est appelée apoptose. Mais entre le moment où la cellule apparaît et avant l’apoptose, la cellule passe par de nombreuses divisions.

2. Étapes du cycle cellulaire

Le cycle cellulaire comprend 3 étapes principales :

1. L'interphase est une période de croissance intensive et de biosynthèse de certaines substances.

2. Mitose, ou caryocinèse (division nucléaire).

3. Cytocinèse (division du cytoplasme).

Caractérisons plus en détail les étapes du cycle cellulaire. Donc, le premier est l’interphase. L'interphase est la phase la plus longue, une période de synthèse et de croissance intense. La cellule synthétise de nombreuses substances nécessaires à sa croissance et à la mise en œuvre de toutes ses fonctions inhérentes. Pendant l'interphase, la réplication de l'ADN se produit.

La mitose est le processus de division nucléaire au cours duquel les chromatides sont séparées les unes des autres et redistribuées sous forme de chromosomes entre les cellules filles.

La cytokinèse est le processus de division du cytoplasme entre deux cellules filles. Habituellement, sous le nom de mitose, la cytologie regroupe les étapes 2 et 3, c'est-à-dire la division cellulaire (caryocinèse) et la division cytoplasmique (cytokinèse).

3. Interphase

Caractérisons l'interphase plus en détail (Fig. 2). L'interphase se compose de 3 périodes : G1, S et G2. La première période, présynthétique (G1) est une phase de croissance cellulaire intensive.

Riz. 2. Les principales étapes du cycle de vie cellulaire.

Ici se produit la synthèse de certaines substances ; c'est la phase la plus longue qui suit la division cellulaire. Dans cette phase, se produit l'accumulation de substances et d'énergie nécessaires à la période suivante, c'est-à-dire au doublement de l'ADN.

Selon les concepts modernes, au cours de la période G1, des substances sont synthétisées qui inhibent ou stimulent la période suivante du cycle cellulaire, à savoir la période de synthèse.

La période de synthèse (S) dure généralement de 6 à 10 heures, contrairement à la période présynthétique, qui peut durer jusqu'à plusieurs jours et implique la duplication de l'ADN ainsi que la synthèse de protéines, comme les protéines histones, qui peuvent former des chromosomes. À la fin de la période de synthèse, chaque chromosome est constitué de deux chromatides reliées entre elles par un centromère. Durant la même période, les centrioles doublent.

La période post-synthétique (G2) survient immédiatement après le doublement des chromosomes. Cela dure de 2 à 5 heures.

Au cours de cette même période, l'énergie nécessaire à la poursuite du processus de division cellulaire, c'est-à-dire directement à la mitose, s'accumule.

Durant cette période, la division des mitochondries et des chloroplastes se produit, et des protéines sont synthétisées, qui formeront ensuite des microtubules. Les microtubules, comme vous le savez, forment le filament du fuseau et la cellule est maintenant prête pour la mitose.

4. Processus de duplication de l'ADN

Avant de passer à une description des méthodes de division cellulaire, considérons le processus de duplication de l'ADN, qui conduit à la formation de deux chromatides. Ce processus se produit pendant la période synthétique. Le doublement d'une molécule d'ADN est appelé réplication ou reduplication (Fig. 3).

Riz. 3. Le processus de réplication de l'ADN (réduplication) (période synthétique d'interphase). L'enzyme hélicase (verte) déroule la double hélice de l'ADN et les ADN polymérases (bleu et orange) complètent les nucléotides complémentaires.

Lors de la réplication, une partie de la molécule d'ADN maternel est décomposée en deux brins à l'aide d'une enzyme spéciale - l'hélicase. De plus, ceci est réalisé en rompant les liaisons hydrogène entre les bases azotées complémentaires (A-T et G-C). Ensuite, pour chaque nucléotide des brins d'ADN divergents, l'enzyme ADN polymérase y ajuste un nucléotide complémentaire.

Cela crée deux molécules d’ADN double brin, chacune comprenant un brin de la molécule mère et un nouveau brin fille. Ces deux molécules d'ADN sont absolument identiques.

Il est impossible de dérouler la totalité de la grosse molécule d’ADN en même temps pour la réplication. Par conséquent, la réplication commence dans des sections distinctes de la molécule d'ADN, de courts fragments sont formés, qui sont ensuite cousus en un long brin à l'aide de certaines enzymes.

La durée du cycle cellulaire dépend du type de cellule et de facteurs externes tels que la température, la disponibilité en oxygène et la disponibilité en nutriments. Par exemple, les cellules bactériennes dans des conditions favorables se divisent toutes les 20 minutes, les cellules épithéliales intestinales toutes les 8 à 10 heures et les cellules de l'extrémité des racines d'oignon se divisent toutes les 20 heures. Et certaines cellules du système nerveux ne se divisent jamais.

L'émergence de la théorie cellulaire

Au XVIIe siècle, le médecin anglais Robert Hooke (Fig. 4), à l'aide d'un microscope optique artisanal, a constaté que le liège et d'autres tissus végétaux étaient constitués de petites cellules séparées par des cloisons. Il les appelait des cellules.

Riz. 4. Robert Hooke

En 1738, le botaniste allemand Matthias Schleiden (Fig. 5) arriva à la conclusion que les tissus végétaux sont constitués de cellules. Exactement un an plus tard, le zoologiste Theodor Schwann (Fig. 5) arrivait à la même conclusion, mais uniquement en ce qui concerne les tissus animaux.

Riz. 5. Matthias Schleiden (à gauche) Theodor Schwann (à droite)

Il a conclu que les tissus animaux, comme les tissus végétaux, sont composés de cellules et que les cellules constituent la base de la vie. Sur la base de données cellulaires, les scientifiques ont formulé la théorie cellulaire.

Riz. 6. Rudolf Virchow

Vingt ans plus tard, Rudolf Virchow (Fig. 6) élargit la théorie cellulaire et parvient à la conclusion que les cellules peuvent provenir d'autres cellules. Il écrit : « Là où une cellule existe, il doit y avoir une cellule antérieure, tout comme les animaux ne proviennent que d'un animal, et les plantes uniquement d'une plante... Toutes les formes vivantes, qu'il s'agisse d'organismes animaux ou végétaux, ou de leurs parties constitutives, sont dominé par la loi éternelle du développement continu.

Structure chromosomique

Comme vous le savez, les chromosomes jouent un rôle clé dans la division cellulaire car ils transmettent l’information génétique d’une génération à l’autre. Les chromosomes sont constitués d'une molécule d'ADN liée à des protéines histones. Les ribosomes contiennent également une petite quantité d'ARN.

Dans les cellules en division, les chromosomes se présentent sous la forme de longs fils fins, répartis uniformément dans tout le volume du noyau.

Les chromosomes individuels ne peuvent pas être distingués, mais leur matériel chromosomique est coloré avec des colorants basiques et est appelé chromatine. Avant la division cellulaire, les chromosomes (Fig. 7) s'épaississent et se raccourcissent, ce qui leur permet d'être clairement visibles au microscope optique.

Riz. 7. Chromosomes en prophase 1 de la méiose

Dans un état dispersé, c'est-à-dire étiré, les chromosomes participent à tous les processus de biosynthèse ou régulent les processus de biosynthèse, et pendant la division cellulaire, cette fonction est suspendue.

Dans toutes les formes de division cellulaire, l’ADN de chaque chromosome est répliqué de manière à former deux brins d’ADN polynucléotidiques identiques.

Riz. 8. Structure chromosomique

Ces chaînes sont entourées d'une coque protéique et, au début de la division cellulaire, elles ressemblent à des fils identiques côte à côte. Chaque fil est appelé chromatide et est relié au deuxième fil par une région non colorante appelée centromère (Fig. 8).

Devoirs

1. Qu’est-ce que le cycle cellulaire ? De quelles étapes se compose-t-il ?

2. Qu'arrive-t-il à la cellule pendant l'interphase ? De quelles étapes se compose l'interphase ?

3. Qu'est-ce que la réplication ? Quelle est sa signification biologique ? Quand est-ce que cela arrive? Quelles substances y sont impliquées ?

4. Comment est née la théorie cellulaire ? Nommez les scientifiques qui ont participé à sa formation.

5. Qu'est-ce qu'un chromosome ? Quel est le rôle des chromosomes dans la division cellulaire ?

1. Littérature technique et humanitaire.

2. Collection unifiée de ressources éducatives numériques.

3. Collection unifiée de ressources éducatives numériques.

4. Collection unifiée de ressources éducatives numériques.

5. Portail Internet Schooltube.

Bibliographie

1. Kamensky A. A., Kriksunov E. A., Pasechnik V. V. Biologie générale Outarde de qualité 10-11, 2005.

2. Biologie. 10 e année. Biologie générale. Niveau de base / P. V. Izhevsky, O. A. Kornilova, T. E. Loshchilina et autres - 2e éd., révisé. - Ventana-Graf, 2010. - 224 p.

3. Belyaev D.K. Biologie 10-11e année. Biologie générale. Un niveau de base de. - 11e éd., stéréotype. - M. : Éducation, 2012. - 304 p.

4. Biologie 11e année. Biologie générale. Niveau de profil / V. B. Zakharov, S. G. Mamontov, N. I. Sonin et autres - 5e éd., stéréotype. - Outarde, 2010. - 388 p.

5. Agafonova I. B., Zakharova E. T., Sivoglazov V. I. Biologie 10-11e année. Biologie générale. Un niveau de base de. - 6e éd., ajouter. - Outarde, 2010. - 384 p.

Cycle cellulaire

Le cycle cellulaire comprend la mitose (phase M) et l'interphase. En interphase, on distingue successivement les phases G 1, S et G 2.

ÉTAPES DU CYCLE CELLULAIRE

Interphase

g 1 suit la télophase de la mitose. Durant cette phase, la cellule synthétise de l'ARN et des protéines. La durée de la phase varie de plusieurs heures à plusieurs jours.

g 2 les cellules peuvent sortir du cycle et sont en phase g 0 . En phase g 0 les cellules commencent à se différencier.

S. Pendant la phase S, la synthèse des protéines se poursuit dans la cellule, la réplication de l'ADN se produit et les centrioles se séparent. Dans la plupart des cellules, la phase S dure de 8 à 12 heures.

g 2 . En phase G 2, la synthèse d'ARN et de protéines se poursuit (par exemple, la synthèse de tubuline pour les microtubules du fuseau mitotique). Les centrioles filles atteignent la taille des organites définitifs. Cette phase dure 2 à 4 heures.

MITOSE

Pendant la mitose, le noyau (caryocinèse) et le cytoplasme (cytokinèse) se divisent. Phases de mitose : prophase, prométaphase, métaphase, anaphase, télophase.

Prophase. Chaque chromosome est constitué de deux chromatides sœurs reliées par un centromère ; le nucléole disparaît. Les centrioles organisent le fuseau mitotique. Une paire de centrioles fait partie du centre mitotique, à partir duquel les microtubules s'étendent radialement. Tout d'abord, les centres mitotiques sont situés près de la membrane nucléaire, puis divergent et un fuseau mitotique bipolaire se forme. Ce processus implique des microtubules polaires qui interagissent les uns avec les autres à mesure qu'ils s'allongent.

Centriole fait partie du centrosome (le centrosome contient deux centrioles et une matrice péricentriole) et a la forme d'un cylindre d'un diamètre de 15 nm et d'une longueur de 500 nm ; la paroi du cylindre est constituée de 9 triplets de microtubules. Dans le centrosome, les centrioles sont situés perpendiculairement les uns aux autres. Pendant la phase S du cycle cellulaire, les centrioles sont dupliqués. Lors de la mitose, des paires de centrioles, chacune composée d'un centriole original et d'un centriole nouvellement formé, divergent vers les pôles cellulaires et participent à la formation du fuseau mitotique.

Prométaphase. La membrane nucléaire se désintègre en petits fragments. Dans la région du centromère, apparaissent des kinétochores, fonctionnant comme des centres d'organisation des microtubules des kinétochores. Le départ des kinétochores de chaque chromosome dans les deux sens et leur interaction avec les microtubules polaires du fuseau mitotique sont à l'origine du mouvement des chromosomes.

Métaphase. Les chromosomes sont situés dans la région équatoriale du fuseau. Une plaque métaphasique est formée dans laquelle chaque chromosome est maintenu par une paire de kinétochores et de microtubules kinétochores associés dirigés vers les pôles opposés du fuseau mitotique.

Anaphase– divergence des chromosomes filles vers les pôles du fuseau mitotique à une vitesse de 1 µm/min.

Télophase. Les chromatides se rapprochent des pôles, les microtubules kinétochores disparaissent et ceux des pôles continuent de s'allonger. L'enveloppe nucléaire se forme et le nucléole apparaît.

Cytocinèse– division du cytoplasme en deux parties distinctes. Le processus commence à la fin de l’anaphase ou télophase. Le plasmalemme est rétracté entre les deux noyaux filles dans un plan perpendiculaire au grand axe du fuseau. Le sillon de clivage s'approfondit et un pont subsiste entre les cellules filles - un corps résiduel. Une destruction ultérieure de cette structure conduit à une séparation complète des cellules filles.

Régulateurs de la division cellulaire

La prolifération cellulaire, qui se produit par mitose, est étroitement régulée par divers signaux moléculaires. L'activité coordonnée de ces multiples régulateurs du cycle cellulaire assure à la fois la transition des cellules d'une phase à l'autre du cycle cellulaire et l'exécution précise des événements de chaque phase. La principale raison de l'apparition de cellules prolifératives incontrôlées réside dans les mutations des gènes codant pour la structure des régulateurs du cycle cellulaire. Les régulateurs du cycle cellulaire et de la mitose sont divisés en intracellulaires et intercellulaires. Les signaux moléculaires intracellulaires sont nombreux, parmi lesquels il faut citer en premier lieu les régulateurs du cycle cellulaire eux-mêmes (cyclines, protéines kinases cyclines dépendantes, leurs activateurs et inhibiteurs) et les suppresseurs de tumeurs.

MÉIOSE

Au cours de la méiose, des gamètes haploïdes se forment.

Première division méiotique

La première division de la méiose (prophase I, métaphase I, anaphase I et télophase I) est la réduction.

Prophaseje Il passe successivement par plusieurs étapes (leptotène, zygotène, pachytène, diplotène, diacinèse).

Leptotène – La chromatine se condense, chaque chromosome est constitué de deux chromatides reliées par un centromère.

Zygotène– les chromosomes homologues appariés se rapprochent et entrent en contact physique ( synapse) sous la forme d'un complexe synaptonémique qui assure la conjugaison des chromosomes. A ce stade, deux paires adjacentes de chromosomes forment un bivalent.

Pachyténa– les chromosomes s’épaississent à cause de la spiralisation. Des sections distinctes de chromosomes conjugués se croisent et forment des chiasmes. Cela se passe ici traverser- échange de sections entre chromosomes homologues paternels et maternels.

Diplotène– séparation des chromosomes conjugués dans chaque paire suite à la division longitudinale du complexe synaptonémique. Les chromosomes sont divisés sur toute la longueur du complexe, à l'exception des chiasmas. Chez le bivalent, 4 chromatides se distinguent clairement. Un tel bivalent est appelé tétrade. Des sites de déroulement apparaissent dans les chromatides où l'ARN est synthétisé.

Diakinésie. Les processus de raccourcissement des chromosomes et de division des paires de chromosomes se poursuivent. Les chiasmates se déplacent vers les extrémités des chromosomes (terminalisation). La membrane nucléaire est détruite et le nucléole disparaît. Le fuseau mitotique apparaît.

Métaphaseje. En métaphase I, les tétrades forment la plaque métaphase. En général, les chromosomes paternels et maternels sont répartis aléatoirement d'un côté ou de l'autre de l'équateur du fuseau mitotique. Ce modèle de distribution des chromosomes est à la base de la deuxième loi de Mendel, qui (avec le croisement) garantit les différences génétiques entre les individus.

Anaphaseje diffère de l'anaphase de la mitose en ce sens que pendant la mitose, les chromatides sœurs se déplacent vers les pôles. Durant cette phase de la méiose, les chromosomes intacts se déplacent vers les pôles.

Télophaseje pas différent de la télophase de la mitose. Des noyaux avec 23 chromosomes conjugués (doublés) se forment, une cytokinèse se produit et des cellules filles se forment.

Deuxième division de la méiose.

La deuxième division de la méiose - équationnelle - se déroule de la même manière que la mitose (prophase II, métaphase II, anaphase II et télophase), mais beaucoup plus rapidement. Les cellules filles reçoivent un ensemble haploïde de chromosomes (22 autosomes et un chromosome sexuel).

Thème : Reproduction et développement individuel des organismes

Leçon : Cycle de vie cellulaire

Selon la théorie cellulaire, les nouvelles cellules apparaissent uniquement en divisant les cellules mères précédentes. , qui contiennent des molécules d'ADN, jouent un rôle important dans les processus de division cellulaire, puisqu'ils assurent le transfert de l'information génétique d'une génération à l'autre.

Il est clair que toutes les cellules d’un organisme multicellulaire ne peuvent pas se diviser à l’infini, sinon toutes les créatures, y compris les humains, seraient immortelles.

Riz. 1. Fragment d'une molécule d'ADN

Cette mort cellulaire programmée est appelée apoptose. Mais entre le moment où la cellule apparaît et avant l’apoptose, la cellule passe par de nombreuses divisions.

Le cycle cellulaire comprend 3 étapes principales :

1. L'interphase est une période de croissance intensive et de biosynthèse de certaines substances.

2. Mitose, ou caryocinèse (division nucléaire).

3. Cytocinèse (division du cytoplasme).

La mitose est le processus de division nucléaire au cours duquel les chromatides sont séparées les unes des autres et redistribuées sous forme de chromosomes entre les cellules filles.

Caractérisons l'interphase plus en détail (Fig. 2). L'interphase se compose de 3 périodes : G 1, S et G 2. La première période, présynthétique (G 1) est la phase de croissance cellulaire intensive.

Riz. 2. Les principales étapes du cycle de vie cellulaire.

Selon les concepts modernes, pendant la période G 1, des substances sont synthétisées qui inhibent ou stimulent la période suivante du cycle cellulaire, à savoir la période de synthèse.

La période post-synthétique (G 2) survient immédiatement après le doublement des chromosomes. Cela dure de 2 à 5 heures.

Au cours de cette même période, l'énergie nécessaire à la poursuite du processus de division cellulaire, c'est-à-dire directement à la mitose, s'accumule.

Cela crée deux molécules d’ADN double brin, chacune comprenant un brin de la molécule mère et un nouveau brin fille. Ces deux molécules d'ADN sont absolument identiques.

L'émergence de la théorie cellulaire

Riz. 4. Robert Hooke

Riz. 5. Matthias Schleiden (à gauche) Theodor Schwann (à droite)

Riz. 6. Rudolf Virchow

Structure chromosomique

Dans les cellules en division, les chromosomes se présentent sous la forme de longs fils fins, répartis uniformément dans tout le volume du noyau.

Riz. 7. Chromosomes en prophase 1 de la méiose

Dans toutes les formes de division cellulaire, l’ADN de chaque chromosome est répliqué de manière à former deux brins d’ADN polynucléotidiques identiques.

Riz. 8. Structure chromosomique

Devoirs

1. Qu’est-ce que le cycle cellulaire ? De quelles étapes se compose-t-il ?

2. Qu'arrive-t-il à la cellule pendant l'interphase ? De quelles étapes se compose l'interphase ?

3. Qu'est-ce que la réplication ? Quelle est sa signification biologique ? Quand est-ce que cela arrive? Quelles substances y sont impliquées ?

4. Comment est née la théorie cellulaire ? Nommez les scientifiques qui ont participé à sa formation.

5. Qu'est-ce qu'un chromosome ? Quel est le rôle des chromosomes dans la division cellulaire ?

1. Littérature technique et humanitaire ().

2. Collection unifiée de ressources éducatives numériques ().

3. Collection unifiée de ressources éducatives numériques ().

4. Collection unifiée de ressources éducatives numériques ().

Bibliographie

1. Kamensky A. A., Kriksunov E. A., Pasechnik V. V. Biologie générale Outarde de qualité 10-11, 2005.

2. Biologie. 10 e année. Biologie générale. Niveau de base / P. V. Izhevsky, O. A. Kornilova, T. E. Loshchilina et autres - 2e éd., révisé. - Ventana-Graf, 2010. - 224 p.

3. Belyaev D.K. Biologie 10-11e année. Biologie générale. Un niveau de base de. - 11e éd., stéréotype. - M. : Éducation, 2012. - 304 p.

4. Biologie 11e année. Biologie générale. Niveau de profil / V. B. Zakharov, S. G. Mamontov, N. I. Sonin et autres - 5e éd., stéréotype. - Outarde, 2010. - 388 p.

5. Agafonova I. B., Zakharova E. T., Sivoglazov V. I. Biologie 10-11e année. Biologie générale. Un niveau de base de. - 6e éd., ajouter. - Outarde, 2010. - 384 p.

Taille du corps humain est provoquée par une augmentation de la taille et du nombre de cellules, cette dernière étant assurée par le processus de division, ou mitose. La prolifération cellulaire se produit sous l’influence de facteurs de croissance extracellulaires et les cellules elles-mêmes subissent une séquence répétée d’événements connue sous le nom de cycle cellulaire.

Il y a quatre principaux étapes: G1 (présynthétique), S (synthétique), G2 (postsynthétique) et M (mitotique). Ceci est suivi par la séparation du cytoplasme et de la membrane plasmique, donnant naissance à deux cellules filles identiques. Les phases Gl, S et G2 font partie de l'interphase. La réplication chromosomique se produit pendant la phase synthétique, ou phase S.
Majorité cellules ne sont pas soumis à une division active ; leur activité mitotique est supprimée pendant la phase GO, qui fait partie de la phase G1.

Durée de la phase M dure 30 à 60 minutes, tandis que le cycle cellulaire complet se déroule en 20 heures environ. Selon l'âge, les cellules humaines normales (non tumorales) subissent jusqu'à 80 cycles mitotiques.

Processus cycle cellulaire sont contrôlées par l’activation et l’inactivation séquentiellement répétées d’enzymes clés appelées protéines kinases dépendantes des cyclines (CDPK), ainsi que de leurs cofacteurs, les cyclines. Dans ce cas, sous l'influence des phosphokinases et des phosphatases, il se produit une phosphorylation et une déphosphorylation de complexes spéciaux cycline-CZK, responsables de l'apparition de certaines phases du cycle.

De plus, sur le sujet pertinent étapes similaires aux protéines CZK provoquer un compactage des chromosomes, une rupture de l'enveloppe nucléaire et une réorganisation des microtubules du cytosquelette afin de former un fuseau de fission (fuseau mitotique).

Phase G1 du cycle cellulaire

Phase G1- une étape intermédiaire entre les phases M et S, durant laquelle la quantité de cytoplasme augmente. De plus, à la fin de la phase G1, il y a un premier point de contrôle où la réparation de l'ADN et les conditions environnementales sont vérifiées (si elles sont suffisamment favorables pour le passage à la phase S).

En cas de nucléaire ADN endommagée, l'activité de la protéine p53 augmente, ce qui stimule la transcription de p21. Cette dernière se lie à un complexe spécifique cycline-CZK, responsable du transfert de la cellule vers la phase S, et inhibe sa division au stade Gl. Cela permet aux enzymes de réparation de réparer les fragments d’ADN endommagés.

Si des pathologies surviennent Réplication de la protéine p53 d'un ADN défectueux continue, ce qui permet aux cellules en division d'accumuler des mutations et contribue au développement de processus tumoraux. C’est pourquoi la protéine p53 est souvent appelée la « gardienne du génome ».

Phase G0 du cycle cellulaire

La prolifération cellulaire chez les mammifères n'est possible qu'avec la participation de cellules sécrétées par d'autres cellules. facteurs de croissance extracellulaires, qui exercent leur effet par transduction de signaux en cascade de proto-oncogènes. Si pendant la phase G1 la cellule ne reçoit pas les signaux appropriés, elle quitte alors le cycle cellulaire et entre dans l'état G0, dans lequel elle peut rester plusieurs années.

Le bloc G0 se produit à l'aide de protéines - suppresseurs de mitose, dont l'une est protéine du rétinoblastome(Protéine Rb) codée par les allèles normaux du gène du rétinoblastome. Cette protéine s'attache aux protéines régulatrices asymétriques, bloquant la stimulation de la transcription des gènes nécessaires à la prolifération cellulaire.

Les facteurs de croissance extracellulaires détruisent le blocage par activation Complexes cycline-CZK spécifiques à Gl, qui phosphorylent la protéine Rb et modifient sa conformation, ce qui entraîne une rupture de la connexion avec les protéines régulatrices. Dans le même temps, ces derniers activent la transcription des gènes qu’ils codent, ce qui déclenche le processus de prolifération.

Phase S du cycle cellulaire

Quantité standard Doubles hélices d'ADN dans chaque cellule, l'ensemble diploïde correspondant de chromosomes simple brin est généralement désigné par 2C. L'ensemble 2C est maintenu tout au long de la phase G1 et double (4C) pendant la phase S, lorsqu'un nouvel ADN chromosomique est synthétisé.

En commençant par la fin Phase S et jusqu'à la phase M (y compris la phase G2), chaque chromosome visible contient deux molécules d'ADN étroitement liées appelées chromatides sœurs. Ainsi, dans les cellules humaines, de la fin de la phase S au milieu de la phase M, il existe 23 paires de chromosomes (46 unités visibles), mais 4C (92) doubles hélices d'ADN nucléaire.

En cours mitose des ensembles identiques de chromosomes sont répartis entre deux cellules filles de telle manière que chacune d'elles contient 23 paires de molécules d'ADN 2C. Il est à noter que les phases G1 et G0 sont les seules phases du cycle cellulaire durant lesquelles 46 chromosomes dans les cellules correspondent à un ensemble 2C de molécules d'ADN.

Phase G2 du cycle cellulaire

Deuxième point de contrôle, où la taille des cellules est testée, se situe à la fin de la phase G2, située entre la phase S et la mitose. De plus, à ce stade, avant de passer à la mitose, l'intégralité de la réplication et l'intégrité de l'ADN sont vérifiées. Mitose (phase M)

1. Prophase. Les chromosomes, constitués chacun de deux chromatides identiques, commencent à se condenser et deviennent visibles à l'intérieur du noyau. Aux pôles opposés de la cellule, un appareil en forme de fuseau commence à se former autour de deux centrosomes à partir de fibres de tubuline.

2. Prométaphase. La membrane nucléaire se divise. Les kinétochores se forment autour des centromères des chromosomes. Les fibres de tubuline pénètrent dans le noyau et se concentrent près des kinétochores, les reliant aux fibres émanant des centrosomes.

3. Métaphase. La tension des fibres amène les chromosomes à s’aligner à mi-chemin entre les pôles du fuseau, formant ainsi la plaque métaphasique.

4. Anaphase. L'ADN des centromères, partagé entre les chromatides sœurs, est dupliqué et les chromatides se séparent et se rapprochent des pôles.

5. Télophase. Les chromatides sœurs séparées (qui sont désormais considérées comme des chromosomes) atteignent les pôles. Une membrane nucléaire apparaît autour de chaque groupe. La chromatine compactée se dissipe et des nucléoles se forment.

6. Cytocinèse. La membrane cellulaire se contracte et un sillon de clivage se forme au milieu entre les pôles, qui sépare progressivement les deux cellules filles.

Cycle des centrosomes

Dans Temps de phase G1 une paire de centrioles liés à chaque centrosome se sépare. Durant les phases S et G2, un nouveau centriole fille se forme à droite des anciens centrioles. Au début de la phase M, le centrosome se divise et deux centrosomes filles se déplacent vers les pôles cellulaires.

Signification biologique de la division cellulaire. De nouvelles cellules naissent de la division de cellules existantes. Si un organisme unicellulaire se divise, deux nouveaux organismes en sont formés. Un organisme multicellulaire commence également son développement le plus souvent avec une seule cellule. Grâce à des divisions répétées, un grand nombre de cellules se forment, qui composent le corps. La division cellulaire assure la reproduction et le développement des organismes, et donc la continuité de la vie sur Terre.

Cycle cellulaire- la vie d'une cellule depuis le moment de sa formation lors de la division de la cellule mère jusqu'à sa propre division (y compris cette division) ou sa mort.

Au cours de ce cycle, chaque cellule grandit et se développe de manière à remplir avec succès ses fonctions dans le corps. Ensuite, la cellule fonctionne pendant un certain temps, après quoi elle se divise, formant des cellules filles, ou meurt.

Dans différents types d'organismes, le cycle cellulaire prend des durées différentes : par exemple, dans bactériesça dure environ 20 minutes, pantoufles ciliées- de 10 à 20 heures. Les cellules des organismes multicellulaires se divisent fréquemment dans les premiers stades de développement, puis les cycles cellulaires s'allongent considérablement. Par exemple, immédiatement après la naissance d'une personne, les cellules du cerveau se divisent un très grand nombre de fois : 80 % des neurones du cerveau se forment au cours de cette période. Cependant, la plupart de ces cellules perdent rapidement la capacité de se diviser, et certaines survivent jusqu'à la mort naturelle du corps sans se diviser du tout.

Le cycle cellulaire comprend l'interphase et la mitose (Fig. 54).

Interphase- l'intervalle du cycle cellulaire entre deux divisions. Pendant toute l'interphase, les chromosomes ne sont pas spiralés ; ils sont localisés dans le noyau cellulaire sous forme de chromatine. En règle générale, l'interphase se compose de trois périodes : pré-synthétique, synthétique et postsynthétique.

Période présynthétique (G,)- la partie la plus longue de l'interphase. Elle peut durer dans différents types de cellules de 2 à 3 heures à plusieurs jours. Pendant cette période, la cellule se développe, le nombre d'organites augmente, de l'énergie et des substances sont accumulées pour le doublement ultérieur de l'ADN. Pendant la période Gj, chaque chromosome est constitué d'une chromatide, c'est-à-dire le nombre de chromosomes (. P) et les chromatides (Avec) allumettes. Ensemble de chromosomes et de chromosomes

matide (molécules d'ADN) d'une cellule diploïde dans la période G r du cycle cellulaire peut être exprimé en écrivant 2p2s.

En période synthétique (S) La duplication de l'ADN se produit, ainsi que la synthèse des protéines nécessaires à la formation ultérieure des chromosomes. DANS Au cours de la même période, les centrioles doublent.

La duplication de l'ADN est appelée réplication. Lors de la réplication, des enzymes spéciales séparent les deux brins de la molécule d'ADN parent d'origine, rompant ainsi les liaisons hydrogène entre les nucléotides complémentaires. Les molécules d'ADN polymérase, la principale enzyme de réplication, se lient aux brins séparés. Ensuite, les molécules d'ADN polymérase commencent à se déplacer le long des chaînes mères, en les utilisant comme modèles, et synthétisent de nouvelles chaînes filles, en sélectionnant pour elles leurs nucléotides selon le principe de complémentarité (Fig. 55). Par exemple, si une section de la chaîne mère d'ADN a la séquence nucléotidique A C G T G A, alors la section de la chaîne fille aura la forme TGCACT. DANS Dans ce contexte, la réplication est appelée réactions de synthèse matricielle. DANSÀ la suite de la réplication, deux molécules d'ADN double brin identiques se forment - DANS chacun d'eux comprend une chaîne de la molécule mère d'origine et une chaîne fille nouvellement synthétisée.

À la fin de la période S, chaque chromosome est déjà constitué de deux chromatides sœurs identiques reliées entre elles au niveau du centromère. Le nombre de chromatides dans chaque paire de chromosomes homologues devient quatre. Ainsi, l'ensemble des chromosomes et des chromatides d'une cellule diploïde à la fin de la période S (c'est-à-dire après la réplication) est exprimé par l'entrée 2p4.

Période post-synthétique (G 2) se produit après le doublement de l'ADN - À ce moment-là, la cellule accumule de l'énergie et synthétise des protéines pour la division à venir (par exemple, la protéine tubuline pour la construction de microtubules, qui forment ensuite le fuseau de division). Pendant toute la période C 2, l'ensemble des chromosomes et des chromatides de la cellule reste inchangé - 2n4c.

L'interphase se termine et commence division,à la suite de quoi des cellules filles se forment. Au cours de la mitose (principale voie de division des cellules eucaryotes), les chromatides sœurs de chaque chromosome se séparent les unes des autres et se retrouvent dans des cellules filles différentes. Par conséquent, les jeunes cellules filles qui entrent dans un nouveau cycle cellulaire ont un ensemble 2p2s.

Ainsi, le cycle cellulaire couvre la période allant de l'émergence d'une cellule à sa division complète en deux cellules filles et comprend l'interphase (périodes G r, S-, C 2) et la mitose (voir Fig. 54). Cette séquence de périodes du cycle cellulaire est caractéristique des cellules en division constante, par exemple pour les cellules de la couche germinale de l'épiderme de la peau, la moelle osseuse rouge, la membrane muqueuse du tractus gastro-intestinal des animaux et les cellules du système éducatif. tissu de plantes. Ils sont capables de se diviser toutes les 12 à 36 heures.

En revanche, la plupart des cellules d'un organisme multicellulaire empruntent la voie de la spécialisation et, après avoir traversé une partie de la période Gj, peuvent passer à ce qu'on appelle la période Gj. période de repos (période Go). Les cellules de la période Gn remplissent leurs fonctions spécifiques dans le corps ; des processus métaboliques et énergétiques s'y produisent, mais la préparation à la réplication n'a pas lieu. En règle générale, ces cellules perdent définitivement leur capacité à se diviser. Les exemples incluent les neurones, les cellules du cristallin de l’œil et bien d’autres.

Cependant, certaines cellules qui sont en période Gn (par exemple les leucocytes, les cellules hépatiques) peuvent la quitter et poursuivre le cycle cellulaire, en passant par toutes les périodes d'interphase et de mitose. Ainsi, les cellules hépatiques peuvent à nouveau acquérir la capacité de se diviser après plusieurs mois de repos.

Mort cellulaire. La mort (mort) de cellules individuelles ou de leurs groupes se produit constamment dans les organismes multicellulaires, ainsi que la mort des organismes unicellulaires. La mort cellulaire peut être divisée en deux catégories : la nécrose (du grec. nécros- mort) et l'ap-ptose, souvent appelée mort cellulaire programmée, voire suicide cellulaire.

Nécrose- la mort des cellules et des tissus d'un organisme vivant provoquée par l'action de facteurs dommageables. La nécrose peut être causée par une exposition à des températures élevées ou basses, à des rayonnements ionisants et à divers produits chimiques (y compris des toxines libérées par des agents pathogènes). La mort cellulaire nécrotique est également observée à la suite de dommages mécaniques, d'une perturbation de l'approvisionnement en sang et de l'innervation des tissus et de réactions allergiques.

Dans les cellules endommagées, la perméabilité membranaire est perturbée, la synthèse des protéines s'arrête, d'autres processus métaboliques s'arrêtent, le noyau, les organites et, enfin, la cellule entière sont détruits. Une caractéristique de la nécrose est que des groupes entiers de cellules sont sujets à une telle mort (par exemple, lors d'un infarctus du myocarde, en raison de l'arrêt de l'apport d'oxygène, une section du muscle cardiaque contenant de nombreuses cellules meurt). Habituellement, les cellules mourantes sont attaquées par les leucocytes et une réaction inflammatoire se développe dans la zone de nécrose.

Apoptose- mort cellulaire programmée, régulée par l'organisme. Au cours du développement et du fonctionnement de l’organisme, certaines de ses cellules meurent sans dommage direct. Ce processus se produit à toutes les étapes de la vie d’un organisme, même pendant la période embryonnaire.

Dans le corps adulte, la mort cellulaire planifiée se produit également constamment. Des millions de cellules sanguines, d'épiderme cutané, de muqueuse gastro-intestinale, etc. meurent Après l'ovulation, certaines cellules folliculaires de l'ovaire meurent et après la lactation, les cellules des glandes mammaires meurent. Dans le corps humain adulte, 50 à 70 milliards de cellules meurent chaque jour à cause de l’apoptose. Lors de l'apoptose, la cellule se désagrège en fragments séparés entourés d'un plasmalemme. Généralement, des fragments de cellules mortes sont absorbés par les globules blancs ou les cellules voisines sans déclencher de réponse inflammatoire. La reconstitution des cellules perdues est assurée par division.

Ainsi, l’apoptose semble interrompre l’infinité des divisions cellulaires. De leur « naissance » à l’apoptose, les cellules traversent un certain nombre de cycles cellulaires normaux. Après chacun d’eux, la cellule procède soit à un nouveau cycle cellulaire, soit à l’apoptose.

1. Qu’est-ce que le cycle cellulaire ?

2. Qu'est-ce qu'on appelle interphase ? Quels événements principaux se produisent dans les périodes d'interphase G r, S- et 0 2 ?

3. Quelles cellules sont caractérisées par G 0 -nepnofl ? Que se passe-t-il pendant cette période ?

4. Comment s’effectue la réplication de l’ADN ?

5. Les molécules d’ADN qui composent les chromosomes homologues sont-elles les mêmes ? Dans la composition des chromatides sœurs ? Pourquoi?

6. Qu'est-ce que la nécrose ? Apoptose ? Quelles sont les similitudes et les différences entre la nécrose et l’apoptose ?

7. Quelle est l'importance de la mort cellulaire programmée dans la vie des organismes multicellulaires ?

8. Pourquoi pensez-vous que dans la grande majorité des organismes vivants, le principal détenteur de l'information héréditaire est l'ADN et que l'ARN ne remplit que des fonctions auxiliaires ?

Chapitre 1. Composants chimiques des organismes vivants