Цитологічний аналіз періодів інтерфази

Характеристика періодів інтерфази. В G₁–період, або пресинтетичний період клітини мають диплоїдний набір хромосом — 2n, де n — плоїдність — гаплоїдний набір. В цей період відбувається ріст клітини, відновлюється об’єм цитоплазми і органоїдів, так як клітина нещодавно утворилась із материнської клітини. Саме в цей період синтезується більшість білка та інших специфічних макромолекул, властивих для даної диференційованої системи. В G₁–період клітина також готується до S-періоду: накопичується АТФ, синтезуються РНК, білки. Вважають, що швидкість поділу клітин, а також їх вступ в мітотичний цикл залежить від накопичення в G₁–період нестабільного кислотного білка (активатор S-фази).

S-період — основний в мітотичному циклі. В цей період відбувається редуплікація ДНК, подвоюється хромосомний матеріал. Після S-періоду хромосоми стають подвійними, тобто складаються з 2-х хроматид — сестринських хромосом, призначених для двох сестринських клітин. Але в цитогенетиці (науці, що вивчає хромосоми) вважається, що поки хроматиди утримуються в ділянці центромери у вигляді одного елементу, то набір хромосом клітини залишається диплоїдним (2n). Подвоюється число хромосом і відповідно їм число молекул ДНК — 4n ДНК.

S-період починається з подвоєння його структури, що знаходиться на ядерній оболонці — центросомальні (центросоми) полярні тільця веретена. В тваринній клітині в клітинному центрі розміщені центріолі з ЦОМТами. В середині G₁–періода центріолі розходяться до її кінця і на початку S-періоду від материнської центріолі відбруньковується перпендикулярно до неї — дочірня центріоля. Подвоєння центріолей відбувається шляхом матричного синтезу і, певно, в цьому процесі керівну роль відіграють ЦОМТи.

G₂-період необхідний для безпосередньої підготовки клітини до поділу. В цей період продовжується синтез РНК і білків, але необхідних переважно для проходження власне мітозу: синтезується АТФ, тибулін мікротрубочок веретена поділу. Утворюються ферменти, наприклад кінази. Здійснюється фосфорилування гістонів (зокрема Н1), що супроводжується конденсацією хромосом і переходом клітин із G₂-періода в мітоз. Але головне — це синтез білка-регулятора — мітоз стимулюючого фактору (МСФ). Оскільки ступінь конденсації хромосом під час пізньої фази G₂ зростає повільно, момент початку фази визначається досить довільно.

Таким чином основні процеси, що відбулися в інтерфазі мітотичного циклу — подвоєння генетичних структур, тобто хромосом. Основне значення мітозу полягає в точному розподілі цих генетичних структур — сестринських хромосом (хроматид) між дочірніми клітинами. Здійснює цей важливий біологічний процес веретено поділу — мітотичний апарат.

3. Цитологічний аналіз фаз мітозу. Власне мітоз поділяють на 4 основні фази: П, М, А, Т.

Профаза: 1) Конденсація хромосом (третій рівень). 2) Регресія ядерця. Ядерцевий організатор інактивується, а матеріал ядерця диспергується: більша його частина йде в цитоплазму, інша, менша частина, перерозподіляється між ЯО. 3) В кінці П відбувається швидкий розпад ядерної оболонки на мілкі вакуолі, що не відрізняються від везикул ЕС. Ці фрагменти залишаються асоційованими з мітотичним веретеном. 4) Одна з основних подій П — побудова мітотичного веретена — головного компонента мітотичного апарату. Мікротрубочки двох сусідніх мітотичних центрів (у тваринних астральних центрів) сходяться утворюючи біполярне мітотичне веретено (складається з двох напівверетен). Мікротрубочки, що його утворюють називають полюсними. Після розпаду ядерної оболонки частина полюсних мікротрубочок вступає в контакт кінетохорами, що є начебто початком наступної фази мітозу.

Метафаза. 1) Посилення конденсації хромосом (4 рівень конденсації хромосом, хроматину). В цей період вона досягає максимуму, в результаті чого хромосоми стають найбільш короткими та товстими. Повністю відокремлюються одна від одної хроматиди, які утримуються разом в ділянці центромери. 2) Завершується формування веретена поділу, його асоціація з кінетохорами хромосом, рух хромосом. 3) Орієнтація хромосом на екваторі веретена у вигляді метафазної пластинки. Хромосоми орієнтуються по відношенню до осі веретена таким чином, що їх один полярний кінетохор обернений до одного із полюсів клітини, іншим — до другого полюсу і розміщуються в екваторіальній площині веретена, утворюючи фігуру у вигляді метафазної пластинки. До хромосом, розміщених в екваторіальній пластинці прикладені дві урівноважені сили спрямовані в протилежні сторони.

Анафаза. В анафазі одночасно зв’язок між хроматидами хромосом зупиняється, уже вільні сестринські хромосоми, колишні хроматиди відходять до протилежних полюсів зі швидкістю 1 мкм/хв. Розходження хроматид в анафазі відбувається в результаті двох незалежних процесів, що відбуваються в веретені: 1) деконденсація кінетохорних мікротрубочок та пов’язані з ними хроматиди за допомогою рухових білків відходять до полюсів; 2) подовження та ковзання мікротрубочок у кожному напівверетені за допомогою білка динеїна, що відбувається трохи пізніше, відштовхують полюса в протилежних напрямках.

Телофаза. В телофазі відбуваються процеси зворотні профазі. Хромосоми у полюсів фрагментарно деконденсуються, потоншуються і подовжуються. У місці контакту хромосом з мембранними бульбашками починається будуватись ядерна оболонка; одночасно полімеризуються білки трьох видів ляміни, що вистилають внутрішню ядерну мембрану, утворюються порові комплекси. Фрагменти ядерної оболонки на початку оточують окремі хромосоми, далі зливаючись, утворюють ядерну оболонку. Перш за все, хромосоми контактують з ядерною оболонкою центромерними і теломерними гетерохроматиновими ділянками. В пізній телофазі активується ЯО і починає утворюватись ядерце.

Цитокінез. Після телофази відбувається цитокінез. Перпендикулярно осі веретена в ділянці його екватора з внутрішньої сторони цитоплазматичної мембрани утворюється скорочувальне кільце. Воно починає утворюватись ще на початку анафази, але починає функціонувати після завершення телофази. Скорочувальне кільце в основному складається з активних компонентів, що знаходяться у комплексі з невеликою кількістю міозинових молекул. Механізм його скорочення ідентичний скороченню по типу ковзання міофібрил — актинових філаментів відносно міозинових філаментів за допомогою міозинових голівок. В міру скорочення кільця, поглиблюється борозна поділу, але саме кільце не потовщується, зберігається постійна товщина за рахунок видалення частини філаментів. Після завершення цитокінезу скорочувальне кільце повністю розпадається. В рослинних клітинах, що мають щільні клітинні стінки, цитокінез відбувається іншим способом — цитоплазма ділиться шляхом утворення нової клітинної стінки між двома дочірніми клітинами.

Окрім ядра, під час мітозу в цитоплазмі також відбуваються значні зміни. Мембрани ендоплазматичної сітки розпадаються на розрізнені мембранні вакуолі, апарат Гольджі розпадається на окремі диктіосоми. Деполімеризуються цитоплазматичні мікротрубочки і актинові філаменти. Зменшується кількість мітохондрій, пластид, лізосом. До метафази всі органоїди і структури відокремлюються веретеном до периферії клітини, а при цитокінезі йде пасивний їх розподіл по дочірніх клітинах.