Воспроизведение клеток

Способность клеток к воспроизведению — важнейшее свойст­во живой материи. Благодаря этой способности обеспечивается непрерывная преемственность клеточных поколений, сохранение клеточной организации в эволюции живого, совершаются рост и регенерация. Способом воспроизведения клеток считается деле­ние. Известно три типа деления: митоз, мейоз и амитоз.

В результате митоза каждая дочерняя клетка получает то же количество материала наследственности (ДНК), которое имела материнская клетка. Следовательно, митоз невозможен без пред­варительного увеличения вдвое (редупликации) количества ДНК в клетке, готовящейся к делению. Удвоение ДНК и митоз разъ­единены во времени. Редупликация ДНК происходит в период подготовки к делению — в интерфазе.

Интерфаза и митоз составляют клеточный, или митотический цикл, который для клетки, способной к делению, равен ее жизни, так как в процессе деления материнская клетка прекращает свое существование, дав начало двум дочерним клет­кам. Их жизнь также заканчивается следующим делением, если они не вступят на путь дифференцировки и выполнения специфи­ческих функций. Продолжительность клеточного цикла у разных типов клеток зависит от особенностей ткани, которой принадле­жит клетка. Например, клеточный цикл эпителия кишечника мыши около 19 ч, а эпителия кожи того же животного почти 586 ч.

Молодые клетки, только что образовавшиеся в результате де­ления, имеют в 2 раза меньше ДНК, РНК, белков и других пла­стических и энергетических материалов по сравнению с материн­ской клеткой и им необходим определенный период времени для образования и накопления всех этих веществ. Этот период при­нято называть интермитотической фазой (промежут­ком между делениями) или интерфазой, составляющей большую часть клеточного цикла. В эпителии кишечника мыши на ее долю приходится 18 ч — 95% времени, в эпителиях кожи — 582 ч — 99%. Интерфазу разделяют на три периода: пресинтетнческий, синтетический, постсинтетический.

Пресинтетический (поетмитотический) период, или G₁-период, наступает сразу после завершения деления клетки и продол­жается до начала удвоения ДНК. Это самый длительный период интерфазы. Он составляет от 50 до 90% ее времени. В этот период клетка интенсивно растет, особенно ее цитоплазма, в ко­торой происходит дифференциация органелл, увеличивается ко­личество цистерн цитоплазматической сети, пластинчатого комп­лекса, митохондрий, удваиваются центриоли центросомы. В клет­ке совершаются активные процессы синтеза РНК, ферментных и пластических белков, макроэргических соединений и других ве­ществ.

Синтетический период, или S-период, считается ключевым, так как в это время происходит удвоение ДНК. В природе неиз­вестно ни одного случая митоза без предварительного прохож­дения клеткой S-периода. Особым случаем является мейоз, когда между первым и вторым делениями созревания половых клеток этого периода нет.

Длительность S-периода зависит от скорости редупликации ДНК, а это, в свою очередь, зависит от размеров молекул ДНК, степени их конденсации и общего количества ДНК в клетке. Ав­торадиографическим методом установлено, что у млекопитающих молекулы ДНК имеют линейную форму и редуплицируются од­новременно во многих участках, называемых репликонами. Все хромосомы одной клетки (геном) содержат десятки тысяч репликонов, что во много раз ускоряет синтез ДНК. Так. редуп­ликация первой хромосомы человека, длина ДНК которой около 7 см, продолжается 7—12 ч, а если бы этот процесс шел с одного конца молекулы до другого последовательно, то занял бы около трех месяцев. Синтез ДНК происходит асинхронно. Раньше реду­плицируются наиболее деконденсированные (деспирализованные) хромосомы или их участки, позже — наиболее конденсиро­ванные хромосомы, например одна из Х-хромосом самок.

В результате редупликации молекул ДНК ее количество в клетке увеличивается вдвое и клетка в конце S-периода содер­жит тетраплоидное (4n) количество ДНК при диплоидном коли­честве хромосом (2n), так как редуплицированные молекулы ДНК сохраняют связь друг с другом и теперь каждая хромосома со­держит две молекулы ДНК, называемые хроматидами.

Соответственно увеличению количества ДНК возрастает син­тез РНК, белков-гистонов и других макромолекул. Гистоны пере­ходят в ядро и там связываются с ДНК, свертывая определен­ным образом эту гигантскую молекулу. Благодаря описанным выше процессам в S-периоде заметно увеличиваются размеры ядра.

Постсинтетический (премитотический) период, или G₂-период, непродолжительный (1—10% времени клеточного цикла) и ха­рактеризуется равномерным ростом ядра и цитоплазмы. В этот период происходит накопление энергии, синтез специальных бел­ков— тубулинов, необходимых для организации митотического аппарата и других макромолекул, используемых при митозе. По завершении этого периода наступает митотическое деление клетки.