1.2.4.1. Життєвий та клітинний цикли клітин
У житті клітини розрізняють життєвий цикл і клітинний цикл.
Життєвий цикл значно довший - це період від утворення клітини внаслідок поділу материнської клітини і до наступного поділу або до загибелі клітини. Впродовж життя клітини ростуть, диференціюються, виконують специфічні функції.
Клітинний цикл значно коротший. Це власне процес підготовки до поділу (інтерфаза) і сам поділ (мітоз). Тому цей цикл називають ще мітотичним.
Така періодизація (на життєвий і мітотичний цикл) досить умовна, оскільки життя клітини - безперервний, неподільний процес. Так, в ембріональний період, коли клітини швидко діляться, життєвий цикл співпадає з клітинним (мітотичним). Після диференціювання клітин, коли кожна з них виконує специфічну функцію, життєвий цикл триваліший від мітотичного.
Клітинний цикл складається з інтерфази, мітозу і цитокінезу (рис. 1.73). Тривалість клітинного циклу в різних організмів різна.
Рис. 1.73. Клітинний цикл.
Інтерфаза - це підготовка клітини до поділу, на її частку припадає 90 % всього клітинного циклу. На цій стадії відбуваються найбільш активні металічні процеси. Ядро має гомогенний вигляд - воно заповнено тонкою сіткою, яка складається з переплетених між собою досить довгих і тонких ниток - хромонем. Ядро відповідної форми, оточене двошаровою ядерною мембраною з порами діаметром близько 40 мкм. В інтерфазному ядрі проходить підготовка до поділу Інтерфазу поділяють на певні періоди: G1 - період, який передує реплікації ДНК; S-період реплікації ДНК; G2 - період з моменту закінчення реплікації до початку мітозу. Тривалість кожного періоду можна визначити, скориставшись методом радіоавтографії.
Пресинтетичний період (G1 - від. англ. gap - інтервал) настає зразу за поділом. Тут відбуваються такі біохімічні процеси: синтез макромолекулярних сполук, необхідних для побудови хромосом і ахроматинового апарату (ДНК, РНК, гістонів та інших білків), зростає кількість рибосом і мітохондрій, відбувається накопичення енергетичного матеріалу для здійснення структурних перебудов і складних рухів під час поділу. Клітина інтенсивно росте і може виконувати свою функцію. Набір генетичного матеріалу буде 2п2с.
У синтетичному періоді (S) подвоюється ДНК, кожна хромосома внаслідок реплікації створює собі подібну структуру. Проходить синтез РНК і білків, мітотичного апарату і точне подвоєння центріоль. Вони розходяться в різні боки, утворюючи два полюси. Набір генетичного матеріалу складає 2п4с.
Далі настає післясинтетичний період (G2) - клітина запасається енергією. Синтезуються білки ахроматинового веретена, йде підготовка до мітозу. Генетичний матеріал складає 2п4с.
Після досягнення клітиною певного стану: накопичення білків, подвоєння кількості ДНК та ін. вона готова до поділу - мітозу.
Статеві клітини людини
Гамети - це статеві клітини: яйцеклітини (жіночі гамети) (рис. 1.83) і сперматозоїди (чоловічі гамети) (рис. 1.84), які забезпечують передачу спадкової інформації від батьків до нащадків.
Рис. 1.83. Яйцеклітина ссавця (а - схематичне зображення; б - мікрофотографія):
1 - цитоплазма; 2 - ядро; 3 - оболонка.
Рис. 1.84. Сперматозоїд (а - схематичне зображення; б - мікрофотографія):
1 - акросома; 2 - голівка; 3 - ядро; 4 - центросома; 5 - шийка; 6 - мітохондріальна спіраль; 7 - осьова нитка; 8 - центральне кільце; 9 - хвіст.
Гамети являють собою високодиференційовані клітини. У процесі еволюції вони набули властивості виконання специфічних функцій. Ядра як чоловічих, так і жіночих гамет містять однакову спадкову інформацію, яка необхідна для розвитку організму. Проте інші функції яйцеклітини і сперматозоїда різні, тому за будовою вони дуже різняться.
Яйцеклітини нерухомі, кулястої або дещо видовженої форми. Вони містять всі типові клітинні органели, але за будовою відрізняються від інших клітин, оскільки пристосовані для реалізації розвитку цілого організму. Яйцеклітини значно більші, ніж соматичні клітини. Внутрішньоклітинна структура цитоплазми специфічна для кожного виду тварин, чим забезпечуються видові (а часто й індивідуальні) особливості розвитку. В яйцеклітинах містяться речовини, які необхідні для розвитку зародка. До них належить поживний матеріал (жовток). У деяких видів тварин нагромаджується в яйцеклітинах стільки жовтка, що їх можна побачити неозброєним оком (ікринки риб і земноводних, яйця плазунів і птахів). Із сучасних тварин найбільші яйцеклітини в оселедцевої акули (29 см у діаметрі). У птахів яйцем вважається те, що у побуті називається "жовтком"; діаметр яйця страуса 10,5 см, курки - близько 3,5 см. У тварин, зародок яких живиться за рахунок материнського організму, яйцеклітини невеликих розмірів. Наприклад, діаметр яйцеклітини миші - 60 мкм, корови - 100 мкм. Яйцеклітина людини має у поперечнику 130-200 мкм.
Яйцеклітини вкриті оболонками, які виконують захисну функцію, забезпечують необхідний тип обміну речовин, у плацентарних ссавців служать для сполучення зародка зі стінкою матки, а також виконують інші функції.
Сперматозоони (сперматозоїди) мають здатність рухатися, що певною мірою забезпечує можливість зустрічі гамет. За зовнішньою морфологією і малою кількістю цитоплазми сперматозоони дуже різняться від інших клітин, але всі основні органели в них присутні.
Типовий сперматозоон має голівку, шийку і хвіст. На передньому кінці голівки розташована акросома, яка складається з видозміненого комплексу Гольджі. Основну масу голівки займає ядро. У шійці знаходиться центріоля й утворена мітохондріями спіральна нитка.
У сперматозоонів мала кількість цитоплазми (оскільки основна функція цих клітин - транспортування спадкового матеріалу до яйцеклітини), тому ядерно-цитоплазматичне співвідношення - високе.
При дослідженні сперматозоонів під електронним мікроскопом виявлено, що цитоплазма голівки має не колоїдний, а рідинно-кристалічний стан. Цим досягається стійкість сперматозоонів до несприятливих умов зовнішнього середовища. Наприклад, вони менше пошкоджуються іонізуючим випромінюванням, порівняно з незрілими статевими клітинами.
Розміри сперматозоонів мікроскопічні. Найбільші у тритона - близько 500 мкм, у свійських тварин (собака, бик, кінь, баран) - від 40 до 75 мкм. Довжина сперматозоонів людини коливається в межах 52-70 мкм. Всі сперматозоони мають одноіменний (негативний) електричний заряд, що перешкоджає їх склеюванню. У тварин утворюється дуже багато сперматозоонів. Наприклад, при статевому акті собака виділяє їх близько 60 млн., баран - 2 млрд., жеребець - 10 млрд., людина - близько 200 млн.
Для деяких тварин характерні атипові сперматозоони. Наприклад, у ракоподібних вони мають вирости у вигляді променів або відростків, у круглих червів - форму кулястих або овальних тілець тощо.
Таким чином, статеві клітини суттєво відрізняються від соматичних клітин:
1) у статевих клітинах гаплоїдний набір хромосом, у соматичних — диплоїдний;
2) у статевих клітинах ядерно-цитоплазматичне співвідношення різне: у сперматозоїдах воно високе, в яйцеклітині - низьке;
3) форма і розміри статевих клітин інші, ніж у соматичних;
4) статеві клітини відрізняються низьким рівнем обмінних процесів;
5) для яйцеклітин характерна цитоплазматична сегрегація (закономірний перерозподіл цитоплазми після запліднення).