1. Закономерности воспроизводства клеток. Клеточный цикл и его генетический контроль. Митоз, апоптоз и некроз клеток.

Эукариотические клетки размножаются с помощью деления. То, что деление клеток эукариот осуществляется кроме прямого деления - амитоза еще и непрямым делением – митозом, или кариокинезом, стало известно после выхода в свет монографии немецкого цитолога В. Флемминга “Клеточная субстанция, ядро и клеточное деление” (1882). С тех пор до середины XX в. считалось, что клетка может или размножаться путем деления, или находиться в состоянии покоя, которое обозначается как интерфаза. В интерфазе происходит подготовка клетки к делению. Однако не всегда клетки готовятся к делению. Значительная часть клеток в организме может временно или необратимо выходить из клеточного цикла. В связи с этим возникло понятие “пролиферация клеток”, под которым понимают такое состояние клетки, когда она готовится к делению или совершает его. Другими словами, пролиферирующие клетки находятся в клеточном цикле, а непролиферирующие − вышли из него.

Различают четыре основные фазы клеточного цикла: G1 (пресинтетическая), S (синтетическая), G2 (постсинтетическая) и М (митотическая). Затем следует разделение цитоплазмы и плазматической мембраны, в результате чего возникают две одинаковые дочерние клетки. Фазы Gl, S и G2 входят в состав интерфазы. Репликация хромосом происходит во время синтетической фазы, или S-фазы. Большинство клеток не подвержено активному делению, их митотическая активность подавляется во время фазы GO, входящей в состав фазы G1.

Во время периода G1 (рост 1) клетка активно синтезирует все виды РНК, белки, ферменты, восстанавливает органоиды, утраченные при делении, накапливает молекулы и энергию, необходимую для репликации и ремонта повреждений ДНК. Это самый продолжительный период интерфазы. В синтетическом периоде (-S) самое главное событие — репликация молекул ДНК. К концу этого периода каждая хромосома состоит из двух идентичных хроматид, соединенных друг с другом в области центромеры. В этот период в ядро поступают белки хроматина, которые синтезируются в рибосомах цитоплазмы, а также происходит удвоение центриолей. В последний период интерфазы G2 (рост 2) клетка начинает непосредственную подготовку к делению: синтезируются белки веретена деления и белки, участвующие в скручивании хромосом и других процессах митоза.

Набор хромосом в G1-периоде — 2n2с, в G2-периоде — 2n4с. 

Митоз (М-фаза)

1. Профаза. Хромосомы, каждая из которых состоит из двух одинаковых хроматид, начинают уплотняться и становятся видимыми внутри ядра. На противоположных полюсах клетки вокруг двух центросом из волокон тубулина начинает образовываться веретеноподобный аппарат.

2. Прометафаза. Происходит разделение мембраны ядра. Вокруг центромер хромосом формируются кинетохоры. Волокна тубулина проникают внутрь ядра и концентрируются вблизи кинетохор, соединяя их с волокнами, исходящими из центросом. 3. Метафаза. Натяжение волокон заставляет хромосомы выстраиваться посередине в линию между полюсами веретена, формируя тем самым метафазную пластинку.

4. Анафаза. ДНК центромер, разделённая между сестринскими хроматидами, дуплицируется, хроматиды разделяются и расходятся ближе к полюсам.

5. Телофаза. Разделённые сестринские хроматиды (которые с этого момента считают хромосомами) достигают полюсов. Вокруг каждой из групп возникает ядерная мембрана. Уплотнённый хроматин рассеивается и происходит формирование ядрышек.

6. Цитокинез. Клеточная мембрана сокращается и посередине между полюсами образуется борозда дробления, которая со временем разделяет две дочерние клетки.

Генетический контроль цикла обеспечивается семейством генов, которые обозначаются как гены клеточного деления –cdc (cell division control). 

Продукты этих генов представляют собой киназы – ферменты, фосфорилирующие белки по определенным аминокислотам. Поэтому гены клеточного цикла могут обозначаться также cdk (cell division kinase).

Последовательность активации киназ клеточного деления определяется циклинами

Апоптоз развивается в отдельных клетках, которые вначале теряют контакты с соседними клетками, Затем уменьшаются в размерах, в их ядрах конденсируется хроматин. ядра становятся изрезанными, плотными и фрагментируются на отдельные глыбки. Одновременно происходит распад цитоплазмы, в которой сохраняются в конденсированной форме внутриклеточные структуры. В результате клетка распадается на апоптозные тельца, каждое из которых окружено мембраной. Апоптозные тельца очень быстро поглощаются окружающими клетками, иногда макрофагами. Однако в ответ на апоптоз никогда не развивается воспалительная реакция и на месте погибших клеток воспроизводятся клетки той же ткани. Следует подчеркнуть, что апоптозу подвергаются лишь клетки, но не ткани в целом.

Некроз — гибель клеток и тканей в результате патологических воздействий.Причины некроза разнообразны, однако их можно объединить в пять групп:

1. травматический некроз, который является результатом прямого действия на ткань физических или химических факторов (механических, температурных, радиационных, кислот, щелочей и др.);

2. токсический некроз развивается при действии на ткани токсических факторов бактериальной или иной природы;

3. трофоневротический некроз, который связан с нарушениями иннервации тканей при заболеваниях центральной или периферической нервной системы;

4. аллергический некроз — следствие иммунных реакций немедленной или замедленной гиперчувствительности;

5. сосудистый некроз, обусловленный прекращением циркуляции крови в артериях, реже — в венах.