48. Клеточный, или жизненный, цикл клетки - это время существования клетки от деления до следующего деления, или от деления до смерти. Для разных типов клеток клеточный цикл различен.

Жизненный цикл у часто делящихся клеток - это время их существования от начала деления до следующего деления. Жизненный цикл активно делящихся клеток нередко называют митотическим циклом. Такой клеточный цикл подразделяется на два основных периода:

• митоз или период деления;

интерфаза - промежуток жизни клетки между двумя делениями.

Интерфаза подразделяется на 3 периода: G1, или пресинтетический; S, или синтетический; G2, или постсинтетический.

В G1 периоде происходит:

• усиленное формирование синтетического аппарата клетки - увеличение числа рибосом, а также количества различных видов РНК (информационной, рибосомальной, транспортных);

• усиление синтеза белков, необходимых для роста клетки;

• подготовка клетки к синтетическому периоду - синтез ферментов, необходимых для образования новых молекул ДНК.

Для S-периода характерно удвоение (редупликация) ДНК, что приводит к удвоению плоидности диплоидных ядер и является обязательным условием для последующего митотического деления клетки.

G2-период характеризуется усиленным синтезом информационной РНК, а также усиленным синтезом всех клеточных белков, но особенно белков-тубулинов, необходимых для последующего (в профазе митоза) формирования митотического веретена деления.

49. Клеточная гибель

Гибель (смерть) отдельных клеток или целых их групп постоянно встречается у многоклеточных организмов, так же как гибель однокле­точных организмов. Причины гибели, процессы морфологического и биохимического характера развития клеточной смерти могут быть раз­личными. Но все же их можно четко разделить на две категории: нек­роз (от греч. nekrosis — омертвление) и апоптоз (от греч. корней, озна­чающих «отпадение» или «распадение»), который часто называют про­граммируемой клеточной смертью (ПКС) или даже клеточным само­убийством.

Некроз. Этот вид клеточной смерти обычно связывается с нарушением вну­триклеточного гомеостаза в результате нарушения проницаемости клеточных мембран, приводящим к изменению концентрации ионов в клетке, с необратимыми изменениями митохондрий, что сразу приво­дит к прекращению всех жизненных функций, включая синтез макро­молекул. Некроз вызывают повреждения плазматической мембраны, подавление активности мембранных насосов под действием многих ядов, а также необратимые изменения энергетики при недостатке ки­слорода (при ишемии происходит закупорка кровеносного сосуда) или отравлении митохондриальных ферментов (действие цианидов). При этом при повышении проницаемости плазматической мембраны клетка набухает за счет ее обводнения, в цитоплазме происходит уве­личение концентрации ионов Na⁺ и Са²⁺, закисление цитоплазмы, набухание вакуолярных компонентов и разрыв их мембран, прекраще­ние синтеза белков в цитозоле, освобождение лизосомных гидролаз и лизис клетки. Одновременно с этими изменениями в цитоплазме из­меняются и клеточные ядра: вначале они компактизируются (пикноз ядер), но по мере набухания ядра и разрыва его оболочки погранич­ный слой хроматина распадается на мелкие массы (кариорексис), а за­тем наступает кариолизис — растворение ядра. Особенностью некроза является то, что такой гибели подвергаются большие группы клеток (например, при инфаркте миокарда из-за прекращения снабжения ки­слородом участка сердечной мышцы). Обычным является то, что уча­сток некроза подвергается атаке лейкоцитов и в зоне некроза развива­ется воспалительная реакция

Апоптоз. В процессе развития организмов и их функционировании во взрос­лом состоянии часть клеток постоянно гибнет, но без их физического, или химического повреждения, происходит как бы их «беспричинная» смерть. Гибель клеток наблюдается практически на всех стадиях онто­генеза. Многочисленны примеры отмирания клеток без повреждения при эмбриогенезе: отмирают клетки вольфовых и мюллерова ка­налов при развитии мочеполовой системы у позвоночных, погибает часть нейробластов и гонадоцитов, клетки при метаморфозах насекомых и амфибий (резорбция хвоста у головастика), клетки молочной железы - при паде­нии уровня гормона прогестерона и т. д. В то же время клетки могут по­лучать сигналы, которые в клетках-мишенях запускают процессы, при­водящие к гибели по типу апоптоза. Так, гидрокортизон вызывает гибель лимфоцитов, а глютамат — нервных клеток в культуре ткани, фактор не­кроза опухоли (TNF) вызывает гибель самых различных клеток. Тирок­син (гормон щитовидной железы) вызывает апоптоз клеток хвоста голо­вастиков. Кроме этого существуют ситуации, когда апоптическая гибель клетки вызывается внешними факторами, например радиацией.

Понятие «апоптоз» было введено при изучении гибели части клеток печени при неполной перевязке портальной вены. При этом наблюдает­ся своеобразная картина клеточной смерти, которая затрагивает лишь отдельные клетки в паренхиме печени. Процесс начинается с того, что соседние клетки теряют контакты, они как бы сморщиваются (первона­чальное название этой формы гибели shrinkage necrosis — некроз сжати­ем клетки), в ядрах по их периферии происходит специфическая конден­сация хроматина. Затем ядро фрагментируется на отдельные части, вслед за этим сама клетка фрагментируется на отдельные тельца, отграничен­ные плазматической мембраной, — апоптические тельца. Апоптоз — про­цесс, приводящий не к лизису, не к растворению клетки, а к ее фрагмен­тации, распаду. Судьба апоптических телец тоже необычна: они фагоци­тируются макрофагами или даже нормальными соседними клетками. При этом не развивается воспалительная реакция.

Важно отметить, что во всех случаях апоптоза — во время ли эм­брионального развития, во взрослом ли организме, в норме или при патологических процессах — морфология процесса гибели клеток очень сходна. Это может говорить об общности процессов апоптоза в разных организмах и в разных органах. Исследования на разных объектах показали, что апоптоз есть ре­зультат реализации генетически запрограммированной клеточной ги­бели.

50. Прямое бинарное деление характерно для клеток прокариот. Бактериальные клетки содержат только одну кольцевую молекулу ДНК. Перед делением клетки ДНК реплицируется и образуются две идентичные молекулы ДНК, каждая из которых прикрепляется к цитоплазматической мембране.

При делении клетки цитоплазматическая мембрана врастает между двумя молекулами ДНК так, что в итоге делит клетку надвое. В каждой клетке оказывается по одной идентичной молекуле ДНК. Такой процесс получил название прямого бинарного деления.

51. Митоз подразделяется на 4 фазы:

• профаза;

• метафаза;

• анафаза;

• телофаза.

В каждой фазе происходят определенные структурные преобразования.

Профаза характеризуется морфологическими изменениями ядра и цитоплазмы. В ядре происходит: конденсация хроматина и образование хромосом, состоящих из двух хроматид, исчезновение ядрышка, распад кариолеммы на отдельные пузырьки. В цитоплазме отмечается редупликация (удвоение) центриолей и расхождение их к противоположным полюсам клетки, формирование из микротрубочек веретена деления, репродукция зернистой эндоплазматической сети, а также уменьшение числа свободных и прикрепленных рибосом.

В метафазе происходит образование метафазной пластинки, или материнской звезды, неполное обособление сестринских хроматид друг от друга.

Анафаза характеризуется полным обособлением (расхождением) хроматид и образованием двух равноценных диплоидных наборов хромосом, расхождением хромосомных наборов к полюсам митотического веретена и расхождением самих полюсов.

Телофаза характеризуется деконденсацией хромосом каждого хромосомного набора, формированием из пузырьков ядерной оболочки, цитотомией - делением двуядерной клетки на две дочерние самостоятельные клетки, появлением ядрышка в ядрах дочерних клеток.

Описанные закономерности жизненного цикла характерны прежде всего для часто делящихся клеток.

Однако клетки некоторых тканей (например, клетки печеночной ткани - гепатоциты), по выходе из митоза, вступают в так называемый G0-период, во время которого они выполняют свои многочисленные функции в течение многих лет, не вступая в S-период. Однако при определенных обстоятельствах (при поражении или удалении части печени) они вступают в нормальный клеточный цикл, то есть в S-период, синтезируют ДНК, а затем митотически делятся. Такие клетки относятся к редко делящимся клеткам, и их жизненный цикл подразделяется на:

• митоз;

• G0-период;

• S-период;

• G2-период.

Большинство клеток нервной ткани, особенно нейроциты центральной нервной системы, по выходе из митоза еще в эмбриональном периоде, в дальнейшем не делятся. Жизненный цикл таких неделящихся клеток состоит из следующих периодов:

• митоза;

• роста;

• длительного функционирования;

• старения;

• смерти.

Однако на протяжении длительного жизненного цикла такие клетки постоянно регенерируют по внутриклеточному типу: белковые и липидные молекулы, входящие в разнообразные структурные компоненты клеток, постепенно заменяются новыми, а следовательно такие клетки постепенно обновляются. Вместе с тем на протяжении жизненного цикла в цитоплазме неделящихся клеток постепенно накапливаются различные, прежде всего липидные включения, в частности липофусцин, который рассматривается как пигмент старения.

Кроме рассмотренных двух основных способов размножения (репродукции) клеток различают еще третий способ - эндорепродукцию, который, хотя и не приводит к увеличению числа клеток, однако приводит к увеличению числа работающих структур и увеличению функциональной способности клетки. Именно поэтому он и называется эндорепродукцией. Этот способ характеризуется тем, что после митоза новообразованные клетки вступают как обычно в G1-период, затем и в S-период. Однако после удвоения ДНК такие клетки не вступают в G2-период и в митоз. В результате количество ДНК оказывается вдвое увеличенным 4n, 4с и такие клетки называются полиплоидными. Полиплоидные клетки могут снова вступать в S-период и снова увеличивать свою плоидность (8n, 8с; 16n, 16с и так далее). В полиплоидных клетках увеличивается размер ядра и цитоплазмы, то есть такие клетки являются гипертрофированными.

Некоторые полиплоидные клетки после редупликации ДНК вступают в митоз, однако он не заканчивается цитотомией и такие клетки становятся двуядерными. Таким образом, при эндорепродукции увеличения числа клеток не происходит, но увеличивается количество ДНК, число органоидов, а следовательно увеличивается и функциональная способность полиплоидной клетки. Способностью к эндопродукции обладают не все клетки. Наиболее характерна эндопродукция для печеночных клеток, особенно с увеличением возраста (в старости 80 % гепатоцитов у человека являются полиплоидными), а также для ацинозных клеток поджелудочной железы, эпителия мочевого пузыря

52.

53.

54

55. Мейоз — это специальный тип деления дифференцирующихся половых клеток или предшественниц спор, в результате которого исходная дипло­идная клетка с числом хромосом 2n дает четыре гаплоидные клетки.

Предшествующая мейозу интерфаза полностью идентична митотической. Дупликация хромосом происходит однажды, в тече­ние S-периода.

Мейоз — это два последовательных деления, которые следуют одно за другим и приводят к образованию гамет или спор. Первое деление — редукционное, второе — эквационное. В каждом из мейотических делений выделяются четыре стадии: профаза, метафаза, анафаза и телофаза.