ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ КЛЕТОК
Жизненный цикл клетки отражает все закономерные структурно-функциональные изменения, происходящие с клеткой во времени. Жизненный цикл - это время существования клетки от момента ее образования путем деления материнской клетки до собственного деления или естественной гибели.
У клеток сложного организма (например, человека) жизненный цикл клетки может быть различным. Высокоспециализированные клетки (эритроциты, нервные клетки, клетки поперечнополосатой мускулатуры) не размножаются. Их жизненный цикл состоит из рождения, выполнения предназначенных функций, гибели (гетерокаталитической интерфазы).
Важнейшим компонентом клеточного цикла является митотический (пролиферативный) цикл. Он представляет собой комплекс взаимосвязанных и согласованных явлений во время деления клетки, а также до и после него. Митотический цикл - это совокупность процессов, происходящих в клетке от одного деления до следующего и заканчивающихся образованием двух клеток следующей генерации. Кроме этого, в понятие жизненного цикла входят также период выполнения клеткой своих функций и периоды покоя. В это время дальнейшая клеточная судьба неопределенна: клетка может начать делиться (вступает в митоз) либо начать готовиться к выполнению специфических функций.
Жизненный цикл клеток, способных к размножению, включает 2 стадии:
- интерфаза
- период деления (митоз, мейоз)
Интерфаза - это стадия клеточного цикла между двумя делениями.
В интерфазе происходит подготовка клетки к делению. По продолжительности она составляет большую часть жизненного цикла клетки (около 90%).
Периоды интерфазы.
Интерфаза делится на 3 периода. В каждом из них клетка содержит определенный набор хромосом (n) и количество ДНК (с):
1) Пресинтетический (постмитотический) G1 (2n2c). Идет сразу после деления клетки. Синтеза ДНК еще не происходит. Клетка активно увеличивается в размерах, запасает вещества, необходимые для деления: белки (гистоны, структурные белки, ферменты), РНК, молекулы АТФ. Происходит деление митохондрий и хлоропластов (т. е. структур, способных к ауторепродукции). Восстанавливаются черты организации интерфазной клетки после предшествующего деления;
2) Синтетический S (2n4c). Происходит удвоение генетического материала путем репликации ДНК. Она происходит полуконсервативным способом, когда двойная спираль молекулы ДНК расходится на две цепи и на каждой из них синтезируется комплементарная цепочка. В итоге образуются две идентичные двойные спирали ДНК, каждая из которых состоит из одной новой и материнской цепи ДНК. Количество наследственного материала удваивается. Кроме этого, продолжается синтез РНК и белков. Также репликации подвергается небольшая часть митохондриальной ДНК (основная же ее часть реплицируется в G2 период);
3) Постсинтетический (премитотический) G2 (2n4c). ДНК уже не синтезируется, но происходит исправление недочетов, допущенных при синтезе ее в S период (репарация). Также накапливаются энергия в виде АТФ и питательные вещества, продолжается синтез РНК и белков (преимущественно ядерных).
МИТОЗ
Деление клетки включает в себя два этапа - деление ядра (митоз, или кариокинез) и деление цитоплазмы (цитокинез).
Митоз - это основной тип деления соматических эукариотических клеток. Процесс деления включает в себя несколько последовательных фаз и представляет собой цикл. Его продолжительность различна и составляет у большинства клеток от 10 до 50 ч.
Митоз состоит из четырех последовательных фаз - профазы, метафазы, анафазы и телофазы. Ему предшествует период, называемый интерфазой.
Фазы митоза:
1) Профаза. Набор хромосом и количество ДНК не изменяются- 2n4c. Центриоли клеточного центра делятся и расходятся к противоположным полюсам клетки. Из микротрубочек образуется веретено деления, которое соединяет центрио-ли разных полюсов. В начале профазы в клетке еще видны ядро и ядрышки, к концу этой фазы ядерная оболочка разделяется на отдельные фрагменты (происходит демонтаж ядерной мембраны), ядрышки распадаются. Начинается конденсация хромосом: они скручиваются, утолщаются, становятся видимыми в световой микроскоп. В цитоплазме уменьшается количество структур шероховатой ЭПС, резко сокращается число полисом. К концу профазы микротрубочки веретена деления прикрепляются к кинетохорам в области центромеры каждой хромосомы.
2) Метафаза. Набор хромосом и количество ДНК не изменяются- 2n4c. Заканчивается образование веретена деления. Конденсированные хромосомы выстраиваются по экватору клетки, образуя метафазную пластинку. После этого каждая хромосома продольно расщепляется на две хроматиды (дочерние хромосомы) которые оказываются связанными только в участке центромеры.
3) Анафаза. Между дочерними хромосомами разрушается связь в результате расщепления центомеры, и они начинают перемещаться к противоположным полюсам клетки со скоростью 0,2-5 мкм/мин. Хромосомы начинают деконденсироваться и раскручиваться, становятся тоньше и длиннее. В конце анафазы на каждом полюсе оказывается по диплоидному набору хромосом, каждая из которых содержит только одну нить ДНК, в результате общий набор хромосом и количество ДНК в клетке- 4n4c.
4) Телофаза. Хромосомы полностью деспирализуются, восстанавливается структура ядрышек и интерфазного ядра, монтируется ядерная мембрана. Разрушается веретено деления. Происходит цитокинез (деление цитоплазмы). В животных клетках этот процесс начинается с образования в экваториальной плоскости перетяжки, которая все более углубляется и в конце концов полностью делит материнскую клетку на две дочерние. У растений деление клетки завершается путем образования внутриклеточной перегородки. Митоз не всегда заканчивается разделением тела клетки. Например, в эндосперме растений могут идти множественные процессы митотического деления ядер без деления цитоплазмы, что приводит к образованию гигантских многоядерных симпластов.
При задержке цитокинеза образуются многоядерные клетки. Это наблюдается при размножении простейших путем шизогонии (малярийный плазмодий). У многоклеточных организмов так образуются синцитии - ткани, в которых отсутствуют границы между клетками (поперечно-полосатая мышечная ткань у человека).
Продолжительность каждой фазы митоза зависит от типа ткани, физиологического состояния организма, воздействия внешних факторов (света, температуры, химических веществ) и пр.
Жизненный цикл клетки регулируется белками циклинами, (семейство белков-активаторов циклин-зависимых протеинкиназ (CDK)), концентрация которых меняется на разных фазах клеточного цикла. Они (циклины) определяют контрольные точки деления клетки и отвечают за переход к следующей фазе деления.
БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ МИТОЗА:
1.Сохранение постоянного числа хромосом в дочерних клетках (каждая новая клетка имеет такой же набор хромосом, как и исходная - 2n).
2.Равномерное распределение наследственной информации между дочерними клетками.
3.Рост нового организма при бесполом размножении за счет появления новых клеток тела.
4.Регенерация (восстановление) утраченных клеток и органов.
АМИТОЗ
Амитоз - это прямое деление ядра. При этом типе клеточного деления сохраняется морфология ядра, видны ядрышко и ядерная мембрана. Хромосомы не видны, и их равномерного распределения не происходит. Ядро делится на две части без подготовки (интерфаза отсутствует), без образования митотического аппарата (системы микротрубочек, центриолей, структурированных хромосом). Если на этом деление заканчивается, возникает двухъядерная клетка. Если цитоплазма перешнуровывается - образуются 2 клетки с разным количеством генетического материала.
Такой вид деления существует в некоторых дифференцированных тканях (в клетках скелетной мускулатуры, кожи, соединительной ткани), а также в патологически измененных тканях. Амитоз никогда не встречается в клетках, которые нуждаются в сохранении полноценной генетической информации, - оплодотворенных яйцеклетках, клетках нормально развивающегося эмбриона. Этот способ деления не может считаться полноценным способом размножения эукариотических клеток.
БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ АМИТОЗА
1.Регенерирующий амитоз играет роль в быстром восстановлении целостности тканей организма-после операции, травм, ожогов. Клетки быстро делятся и образуется рубец.
2.Генеративный амитоз, встречается в норме при делении фолликулярных клеток яичника. Обычно один раз в месяц созревает 1 яйцеклетка и окружающие ее фолликулярные клетки начинают быстро делится, формируя зрелый фолликул. После выхода из него яйцеклетки, он заполняется желтым телом и затем растворяется, а на его месте формируется рубец. То есть в данном случае не нужны были точные механизмы распределения генетической информации, так как фолликул погибает.
3.Дегенеративный амитоз, встречается в стареющих, патологически измененных клетках. Например, при воспалениях или в клетках злокачественных опухолей.
4.Реактивный, амитоз наблюдается при воздействии на клетку химических или физических факторов.
