5. Фазы митоза, их характеристика

Профаза (2n4c).

Клетка округляется, вязкость цитоплазмы увеличивается. Ядрышки разрушаются., они размещаются на внутренней поверхности ядерной оболочки.

Центриоли расходятся к разным полюсам клетки, между ними натягиваются непрерывные нити. Основу нитей составляют микротрубочки, состоящие из белка тубулина. Так образуется биполярное веретено деления.

Прометафаза (2n4c).

Разрушается ядерная оболочка и окончательно спирализованные хромосомы оказываются в цитоплазме. В области центромеры каждой хромосомы с обеих сторон формируются особые структуры – кинетохоры, это слоистые структуры, состоящие из белков. От кинетохоров отходят кинетохорные или прерывистые нити веретена деления (20-40 штук). Хромосомы под действием прерывистых нитей, которые скользят вдоль непрерывных нитей веретена деления, постепенно перемещаются к экватору.

Метафаза (2n4c).

Хромосомы выстраиваются на экваторе так, что их центромеры находятся в одной плоскости, перпендикулярной оси веретена деления. Образуется метафазная пластинка.

Анафаза (2n4c → 4n4c).

В начале анафазы каждая хромосома состоит из двух сЕстринских хроматид, соединенных центромерой. Хроматиды удерживаются недореплицированной ДНК, которая находится в области центромеры. В этот период происходит разделения центромер и кинетохоров каждой хромосомы. Сестринские хроматиды (или дочерние хромосомы) расходятся к разным полюсам клетки. Перемещение хроматид обеспечивается нитями веретена деления, но что интересно: нити укорачиваются о центромер.

Телофаза (4n4c → 2n2c + 2n2c).

Начинается при достижении хроматидами (дочерними хромосомами) полюсов клетки. Происходит деспирализация хромосом, образуются ядрышки, ядерная оболочка, исчезает веретено деления, происходит деление цитоплазмы (цитокинез). Цитокинез (он начинается ещё в анафазу) состоит в перешнуровке клетки от переферии к центру. Из одной материнской клетки образуются две совершенно одинаковые (идентичные) дочерние клетки.

Митоз протекает с большой точностью: может возникнуть одна ошибка на 100.000 делений.

Биологическое значение митотического цикла состоит в обеспечении преемственности хромосом в ряду клеточных поколений, образовании клеток, равноценных по объему и содержанию наследственной информации.

Изменение наследственного материала в митотическом цикле.

Фаза митоза Генетическая формула

Профаза 2n4c

Прометафаза 2n4c

Метафаза 2n4c

Анафаза 2n4c → 2n2c (на полюсах клетки)

Телофаза 2n2c + 2n2c (в дочерних клетках)

n – количество хромосом, с – количество молекул ДНК.

6. Механизмы регуляции митотической активности.

В многоклеточном организме количество клеток в тканях и органах должно быть постоянным. Это свойство организма обеспечивают два процесса: пролиферация (деление клеток многоклеточного организма) и апоптоз – генетически запрограммированная гибель клеток. Оба процесса регулируются на четырёх уровнях.

В настоящее время выделяют четыре уровня регуляции пролиферации.

• внутриклеточный уровень – регулирующими факторами являются ионы Са²⁺, циклические нуклеотиды (циклический АМФ, и циклический ГМФ).

• внутритканевой уровень – регулирующими факторами являются кейлоны – это пептиды, подавляющие (ингибирующие) пролиферацию. Противоположным действием обладают антикейлоны.

• межтканевой уровень – в качестве регуляторов выступают лимфокины (выделяются лимфоцитами), среди которых выделяют как активаторы, так и ингибиторы.

• организменный уровень обеспечивается гормонами, нейромедиаторами, нейросекретами и белками плазмы крови.

Роль теломер и теломеразы в пролиферации клеток. “Предел Хейфлика”.

Для репликации ДНК необходима РНК-затравка, которая располагается на конце хромосомы. Участок под РНК-затравкой не реплицируется. Следовательно, при каждой репликации концы и материнской, и дочерней молекул ДНК укорачиваются, в среднем, на 50 нуклеотидов. Когда теломеры почти иссякнут или утратятся полностью, хромосомы становятся липким и со­единяются с другими хромосомами, образуя немыслимые конфигурации. Деление клетки стано­вится невозможным.

В концевой недорепликации ДНК (маргинотомия) видят причину явления, названного "пределом Хейфлика". Л. Хейфлик (1975г) обнаружил, что клетки человека в культуре имеют ограниченную способность к пролиферации. Так фибробласты делятся 50-70 раз, а потом концы хромосом слипаются и деление становится невозможным.

Однако некоторые клетки (клетки зародышевых линий, стволовые, раковые) способны восстанавливать теломеры. В этих клетках имеется фермент теломераза, который обеспечивает достройку недореплицированных участков ДНК.

7. Проблемы клеточной пролиферации в медицине.

Избыточная пролиферация клеток приводит к развитию доброкачественных или злокачественных опухолей. Недостаточная пролиферация клеток приводит к атрофии тканей (органа), или долгом заживление раны. В первом случае необходимо подавить пролиферацию, во втором – ускорить её. Но чтобы это сделать, необходимо знать механизмы регуляции клеточной пролиферации.

8. Эндомитоз и политения, их значение. Прямое деление клетки – амитоз.

В ходе эволюции, на основе митотического цикла сформировались процессы, которые приводят к увеличению количества наследственного материала в клетке. А это приводит к увеличению количества генов и к повышению активности обменных процессов в клетке. К таким процессам относят эндомитоз и политению.

Эндомитоз – удвоение ДНК клетки, сопровождающееся кратным увеличением количества хромосом (4n4c). Механизм эндомитоза: в интерфазу происходит репликация ДНК, число хромосом увеличивается в несколько раз (иногда в десятки раз), но деления цитоплазмы и всей клетки не происходит. Это приводит к возникновению полиплоидных клеток. Эндомитоз характерен для интенсивно функционирующих клеток (у человека клетки печени).

Политения заключается в кратном увеличении содержания ДНК в хромосомах при сохранении их диплоидного количества (2n4c). При этом хромосомы становятся очень толстыми (политенные хромосомы в клетках слюнных желёз дрозофилы).

Амитоз – прямое деление клетки. Амитоз характерен для прокариот, у многоклеточных организмов он описан для стареющих и больных клеток. При амитозе веретено деления не образуется (ядро делится путем перетяжки), поэтому равномерного распределения наследственного материала не происходит. Нередко ядро делится без последующего разделения цитоплазмы, и образуются двухъядерные клетки. Клетка, претерпевшая амитоз, в дальнейшем не способна вступать в нормальный митотический цикл. Поэтому амитоз встречается, как правило, в клетках и тканях, обреченных на гибель, например в клетках зародышевых оболочек млекопитающих, в клетках опухолей.