Жизненный цикл клетки, его возможные направления и периодизация. Клеточный цикл. Интерфаза.

 

Жизненный цикл – это время существования клетки от момента ее образования путем деления материнской клетки до собственногоделения или естественной гибели.

Клеточный цикл (или митотический цикл) совокупность периодически повторяющихся процессов, протекающих в клетке при подготовке и осуществлении митоза.

Митотический цикл заканчивается телофазой с делением клетки, а новый начинается при образовании двух новых клеток. Митотический цикл состоит из митоза и интерфазы.

В интерфазе различают последовательные фазы G1, S и G2. G1-фаза (пресинтетический период) — обычно самая продолжительная и следует за телофазой митоза. Она длится от 10 ч до нескольких суток: у быстро делящихся клеток она более короткая. Во время G1-фазы происходит подготовка к удвоению хромосом, клетка интенсивно синтезирует РНК и белки, растет, увеличивается количество рибосом, митохондрий. Клетка восстанавливает размеры предшественницы. Достигнув определенных размеров, клетка вступает в следующую фазу (синтетический период), но это происходит не всегда. Часть клеток продолжает накапливать структурные элементы и не делится.

Тогда G1-фаза затягивается, и клетки могут прекратить делиться, переходя в так называемую G0-фазу. Клетки могут находиться в G0-фазе длительное время, начинают расти, дифференцироваться, достигая состояния терминальной (окончательной) дифференцировки. Такая клетка обычно теряет способность к делению и в этом случае окончание клеточного периода сопровождается гибелью клетки.

В S-фазу интерфазы (синтетический период) в клетке продолжается синтез белка, но этот процесс не главный. Ведущим процессом является репликация (удвоение) ДНК, которая одновременно идет во многих точках ДНК (репликонах). Начинается также удвоение центриолей в клеточном центре. В большинстве клеток синтетический период длится 8…12 ч. К окончанию синтетического периода в клетке имеется тетраплоидный набор ДНК и удвоенный набор центриолей.

В G2-фазу интерфазы (постсинтетический период) синтез РНК снижается, продолжается остаточный синтез белка и накапливается энергия для митоза. В этот период синтезируются белки, необходимые для нормального деления клетки, в том числе тубулины — белки микротрубочек. В клетке тетраплоидный набор ДНК. Дочерние центриоли увеличиваются в размерах и достигают размеров зрелых органелл. Эта фаза длится 2…4 ч

 

 

Деление клетки. Митоз

 

Деление клетки — биологический процесс, лежащий в основе размножения и индивидуального развития всех живых организмов.

Наиболее широко распространенная форма воспроизведения клеток у живых организмов - митоз (от греч. «митос» — нить).

Мито́з — непрямое деление клетки, наиболее распространенный способ репродукции эукариотических клеток.

Продолжительность митоза в среднем составляет 1—2 часа. Митоз клеток животных, как правило, длится 30—60 минут, а растений — 2—3 часа.

На основании морфологических особенностей митоз условно подразделяется на стадии: профазу, метафазу, анафазу, телофазу.

В профазе происходит укорочение и утолщение хромосом вследствие их спирализации. В это время хромосомы двойные состоят из двух сестринских хроматид, связанных между собой. Одновременно со спирализацией хромосом исчезает ядрышко и фрагментируется ядерная оболочка. После распада ядерной оболочки хромосомы свободно и беспорядочно лежат в цитоплазме. В профазе центриоли расходятся к полюсам клетки. В конце профазы начинает образовываться веретено деления, которое формируется из микротрубочек.

В метафазе завершается образование веретена деления, которое состоит из микротрубочек двух типов: хромосомных, которые связываются с центромерами хромосом, и центросомных, которые тянутся от полюса к полюсу клетки. Каждая двойная хромосома прикрепляется к микротрубочкам веретена деления. Хромосомы лежат в одной плоскости и образуют так называемую экваториальную, или метафазную пластинку. В метафазе отчетливо видно двойное строение хромосом, соединенных только в области центромеры. В этот период легко подсчитывать число хромосом, изучать их морфологические особенности.

В анафазе дочерние хромосомы с помощью микротрубочек веретена деления растягиваются к полюсам клетки. Таким образом, в анафазе хроматиды удвоенные в интерфазе хромосом расходятся к полюсам клетки. В этот момент в клетке находятся два диплоидных набора хромосом.

В телофазе происходят процессы, обратные тем, которые наблюдаются в профазе: начинается деспирализация хромосом, они становятся плохо видимыми под микроскопом. Вокруг хромосом у каждого полюса из мембранных структур цитоплазмы формируется ядерная оболочка, в ядрах возникают ядрышки. Разрушается веретено деления. На стадии телофазы происходит разделение цитоплазмы с образованием двух клеток. В клетках животных плазматическая мембрана начинает впячиваться внутрь области, где располагался экватор веретена. В результате впячивания образуется непрерывная борозда, опоясывающая клетку по экватору и постепенно разделяющая одну клетку на две. В результате митоза из одной клетки возникают две дочерние с тем же набором хромосом, что и в материнской клетке.

Биологическое значение митоза состоит в строго одинаковом распределении между дочерними клетками материальных носителей наследственности - молекул ДНК, входящих в состав хромосом. Благодаря равномерному распределению реплицированных хромосом происходит восстановление органов и тканей после повреждения.

 

Порушення мітозу. Соматичні мутації. Амітоз.

 

Порушення мітозу.

Порушення, які виникають у мітозі, призводять до утворення клітин з різними каріотипами. Такий

Мітоз отримав назву - патологічного. Він є одним із механізмів соматичної анеуплоїдії.

З патологічними мітозами пов’язано виникнення багатьох захворювань. Порушення мітозу спостерігається

При: 1) Раку, 2) променевій хворобі, 3) вірусних інфекціях. Хромосомні набори, викликані втратою або появою

Зайвих хромосом, також виникають внаслідок неправильного розходження цих структур. Внаслідок

порушення процесу мітозу можуть утворюватися хромосомні мости, настає пошкодження центром ер та руху

хромосом, утворення мікроядер, склеювання хромосом або їх розриви та ін. Значні зміни процесу мітозу

спостерігаються в пухлинних клітинах. Вважають, що виникнення патологічних мітозів – одна із причин

злоякісного переродження тканин.

Клітини з аномальним числом хромосом переважають у людей літнього і старечого віку.

Інший механізм виникнення пухлин – гомозиготизація, яку знайшли у випадку ретино бластоми, пухлини

Вільямса, які зумовлені як генеративною, так і соматичною мутаціями.

Однак, за нормальною чи патологічного стану, клітини не можуть ділитись безмежно. Вони мають

обмежений проліферативний потенціал. Так, наприклад, для молодих фібробластів шкіри він становить 50

поділів.

Амітоз

Амітоз – це інший спосіб поділу соматичних клітин, але, на відміну від мітозу, прямий поділ інтерфазного ядра

клітини відбувається шляхом перетяжки простою перетинкою. Розподіл спадкового матеріалу між дочірніми

клітинами може бути рівномірним або нерівномірним. Внаслідок цього утворюються або однакові, або

неоднакові за розміром клітини.

Амітоз відбувається шляхом поділу ядра, а згодом і цитоплазми. Під час амітозу ядерце видовжується,

Перешнуровується, а потім витягується і ядро. У деяких випадках в ядрі виникає перегородка, що ділить його

на дві частини. Поділ ядра іноді супроводжується поділом цитоплазми.

Розрізняють кілька форм амітозу:

1) Рівномірний - коли утворюється 2 рівних ядра.

2) Нерівномірний – коли утворюються нерівні ядра

3) Фрагментація – коли ядро розпадається на багато дрібних ядер однакової або різної форми.

Таким чином, амітоз – це поділ, що відбувається без спіралізації хромосом і без утворення веретена поділу.

Чи відбувається попередній синтез ДНК перед початком амітозу і як вона розподіляється між дочірніми

ядрами – невідомо. Іноді при поділі певних клітин мітоз чергується з амітозом.

Амітоз – це своєрідний тип поділу, що іноді спостерігається при нормальній життєдіяльності клітини, а

здебільшого при порушеннях функції, часто під впливом опромінення чи дії інших шкідливих чинників. Він

властивий високо диференційованим клітинам. Амітоз у порівнянні з мітозом трапляється рідше і відіграє

другорядну роль у клітинному поділі переважної більшості живих організмів.

Соматичні мутації

Мутація - це стійке перетворення генотипу, яке відбувається під впливом зовнішнього або внутрішнього

середовища. Термінологія була запропонована Хуго де Фриз. Процес, при якому виникає ця зміна,

називається мутагенез.

Соматична мутація - це модифікація гена в певних клітинах в період індивідуального розвитку організму. Раніше вважали, що перетворення генотипу зазвичай виникає переважно перед формуванням або в дозрілих статевих клітинах і обов'язково на зародковому рівні. Саме в цьому причина того, що гаметні зміни відтворюються всіма клітинами, які утворюються в процесі розвитку зиготи. А вони з'явилися за участю початкової мутаційної гамети. На сьогоднішній день багато фактів свідчать про виникнення модифікацій генотипу в будь-який час індивідуального розвитку організму.

Соматичні мутації у людини

Видозміни відбуваються в диплоїдних клітинах. Тому модифікація проявляється тільки при наявності домінантних генів або рецесивних, що знаходяться в гомозиготному стані. Соматичні мутації у людини безпосередньо залежать від часу їх виникнення. Чим раніше у розвитку відбудуться зміни генів, тим більше відповідних клітин постраждає. У якому випадку соматичні мутації можна спостерігати у людей? Достовірно це не підтверджено. Можливо, цим процесом обумовлено зміна забарвлення райдужної оболонки ока, ракове переродження та інші. З іншого боку, на розвиток злоякісних утворень, наприклад, впливають переважно канцерогени, особливо негативні з яких - радіація і хімічні речовини.

Хромосомні аберації

Під цим визначенням слід розуміти зміну структури хромосом. Соматична мутація також призводить до цього процесу. При виникненні зміни генів на ранній стадії розвитку можливе появи білатеральних мозаїк. У них одна половина тіла з домінантними ознаками, а інша - з рецесивними. У разі статевої хромосоми утворюються гінандроморфи, що мають навпіл жіночі та чоловічі ознаки. Соматична мутація з повним відокремленням зачаткового шляху вражає певну частину статевих клітин. В результаті це спостерігається у деякої потомства у вигляді зародковій трансформації. Однак таке явище зустрічається дуже рідко. В основному така зміна генів не виявляється в потомство. Як відомо, мимовільна соматическая мутація - також досить рідкісне явище. За результатами різних експериментів, вона посилюється такими ж факторами, що і зачатковость, а саме Х-променями.