Клеточный цикл. Клеточная биология

Учебниковая опора

• Асанов Н., Соловьева А., Ибраимова Б. «Биология. 9 класс», 9 класс, Атамура, 2019, с. 4–7, 132–145
• Очкур Е.А., Курмангалиева Ж., Нуртаева М. «Биология. 10 класс ЕМН», 10 класс, Мектеп, 2019, с. 77–93, 166–175

Главное

• Клеточный цикл = интерфаза (G₁, S, G₂; около 80% времени) + митоз.
• Репликация ДНК — в S-периоде; после неё хромосома состоит из двух хроматид, соединённых центромерой.
• Митоз даёт 2 одинаковые диплоидные клетки; мейоз — 4 гаплоидные, 2 деления, 8 фаз.
• Кроссинговер — обмен участками гомологичных хромосом в профазе I после конъюгации.
• Компартментализация — разделение клетки мембранами на отсеки, где одновременно идут противоположные процессы.

Теория

Органоиды:

Тип	Органоиды
Двумембранные	ядро, митохондрии, пластиды (у митохондрий и пластид своя ДНК и 70S-рибосомы)
Одномембранные	ЭПС (шероховатая — синтез белка; гладкая — липиды и углеводы), комплекс Гольджи, лизосомы (автолиз), вакуоли
Немембранные	рибосомы 80S, клеточный центр (центриоли), цитоскелет
Клетки растений, грибов, бактерий имеют снаружи от мембраны клеточную стенку.

Прокариоты: нуклеоид (кольцевая ДНК без гистонов), плазмиды; стенка из муреина (пептидогликана); только рибосомы 70S (50S + 30S); мембранных органоидов нет; дыхание и фотосинтез — на мезосомах. У эукариот — оформленное ядро, рибосомы 80S, цитоскелет.

Жидкостно-мозаичная модель (1972): бислой фосфолипидов (гидрофильные головки наружу, гидрофобные хвосты внутрь), подвижные белки (интегральные и периферические), холестерин (у животных), гликокаликс (рецепторная функция). Везикулярный транспорт: фагоцитоз (твёрдые частицы; И.И. Мечников), пиноцитоз (капли жидкости), рецепторный эндоцитоз; экзоцитоз — выведение секрета пузырьками Гольджи.

Интерфаза: G₁ — рост клетки, восстановление органоидов; S — репликация ДНК; G₂ — подготовка к делению (белки веретена, АТФ). Митоз:

Фаза	События
Профаза	распад ядерной оболочки и ядрышка, спирализация хромосом, образование веретена
Метафаза	хромосомы на экваторе (метафазная пластинка) — лучшее время для изучения кариотипа
Анафаза	центромеры делятся, хроматиды расходятся к полюсам
Телофаза	образуются ядерные оболочки, деспирализация; затем цитокинез

Мейоз: мейоз I — редукционный: в профазе I конъюгация и кроссинговер (самая длинная фаза); в анафазе I расходятся гомологичные хромосомы (центромеры не делятся). Мейоз II — эквационный, похож на митоз: делятся центромеры, расходятся хроматиды. Между делениями репликации нет.

Признак	Митоз	Мейоз
Клетки	соматические	образование гамет
Делений / фаз	1 / 4	2 / 8
Итог	2 диплоидные, одинаковые	4 гаплоидные, разные
Кроссинговер	нет	есть
Значение	рост, регенерация, бесполое размножение	половое размножение, изменчивость

Нарушение цикла — опухоли. Протоонкогены (Ras, Myc) при мутациях становятся онкогенами. Онкосупрессоры (Rb, p53 — «страж генома») останавливают цикл в G₁ при повреждении ДНК или запускают апоптоз. Свойства раковых клеток: бессмертие (теломераза), потеря контактного торможения, ангиогенез, метастазирование. Теории старения: теломерная (А. Оловников, Л. Хейфлик; предел ~50 делений из-за укорочения теломер), свободнорадикальная (Д. Харман; активные формы кислорода повреждают мембраны и ДНК), генетическая (истощение стволовых клеток, накопление мутаций).

Формулы / правила

Набор хромосом ($n$) и ДНК ($c$): G₁ — $2n2c$; G₂ и метафаза митоза — $2n4c$; после митоза — $2n2c$; после мейоза I — $1n2c$; после мейоза II — $1n1c$.

Примеры

1. Задача. В соматической клетке 46 хромосом. Сколько хроматид в метафазе митоза? — $46 \cdot 2 = 92$.
2. Задача. У дрозофилы $2n = 8$. Каков набор в клетке после мейоза I? — $1n2c$: 4 хромосомы по 2 хроматиды.
3. Вопрос. В какой фазе хромосомы выстраиваются по экватору? — В метафазе.
4. Вопрос. Клетка без ядра и мембранных органоидов, со стенкой из муреина — это… — прокариотическая (бактерия).

Типичные ошибки на ЕНТ

• Считать, что в анафазе I расходятся хроматиды — в анафазе I расходятся гомологичные хромосомы.
• Относить репликацию к профазе — она идёт в S-периоде интерфазы.
• Называть рибосомы одномембранными — они немембранные.
• Приписывать прокариотам рибосомы 80S — у них 70S.
• Думать, что кроссинговер бывает в митозе — только в профазе I мейоза.

Самопроверка

1. Какую долю цикла занимает интерфаза? — Около 80%.
2. Какие органоиды имеют собственную ДНК? — Митохондрии и пластиды.
3. Какой белок называют «стражем генома»? — p53.
4. Сколько примерно раз может делиться соматическая клетка (предел Хейфлика)? — Около 50.
5. Какая фаза мейоза самая длинная? — Профаза I.