20.Клеточный цикл. Репродукция клеток. Способы воспроизведения клеток, их структурная характеристика. Эндорепродукция. Полиплоидия. Функциональное значение:

Клеточный цикл — это период существования клетки от момента её образования путем деления материнской клетки до собственного деления или гибели.

Длительность клеточного цикла у разных клеток варьируется. Быстро размножающиеся клетки взрослых организмов, такие как кроветворные или базальные клетки эпидермиса и тонкой кишки, могут входить в клеточный цикл каждые 12—36 ч. Короткие клеточные циклы (около 30 мин) наблюдаются при быстром дроблении яиц иглокожих, земноводных и других животных. В экспериментальных условиях короткий клеточный цикл (около 20 ч) имеют многие линии клеточных культур. У большинства активно делящихся клеток длительность периода между митозами составляет примерно 10—24 ч.

Клеточный цикл эукариот состоит из двух периодов:

• Период клеточного роста, называемый «интерфаза», во время которого идет синтез ДНК и белков и осуществляется подготовка к делению клетки.

• Периода клеточного деления, называемый «фаза М» (от слова mitosis — митоз).

Интерфаза состоит из нескольких периодов:

• G₁-фазы (от англ. gap — промежуток), или фазы начального роста, во время которой идет синтез мРНК, белков, других клеточных компонентов;

• S-фазы (от англ. synthesis — синтез), во время которой идет репликация ДНК клеточного ядра, также происходит удвоение центриолей (если они, конечно, есть).

• G₂-фазы, во время которой идет подготовка к митозу.

У дифференцировавшихся клеток, которые более не делятся, в клеточном цикле может отсутствовать G₁ фаза. Такие клетки находятся в фазе покоя G₀.

Период клеточного деления (фаза М) включает две стадии:

• кариокинез (деление клеточного ядра);

• цитокинез (деление цитоплазмы).

Выделяют два основных способа размножения (репродукции) клеток:

1. Митоз (кариокенез) — непрямое деление клеток, присущее в основном соматическим клеткам.

2. Мейоз (редукционное деление) характерен только для половых клеток.

3. Имеются описания и третьего способа деления клеток — амитоза (или прямого деления), которое осуществляется путем перетяжки ядра и цитоплазмы с образованием двух дочерних клеток или одной двухядерной. Однако в настоящее время считают, что амитоз характерен для старых и дегенерирующих клеток и является отражением патологии клетки.

Среди разновидностей клеточного деления можно назвать следующие:

1. митоз, или непрямое деление (характерное для большинства клеток);

2. амитоз, или прямое деление клеток;

3. мейоз, или редукционное деление (при образовании половых клеток);

4. эндорепродукция (образование полиплоидных и многоядерных клеток).

Полиплоидия — это процесс увеличения количества хро­мосом в ядре клетки. В результате этого процесса образуются полиплоидные клетки.

В процессе полиплоидии задействованы 2 механизма: 1) блокирование одной из фаз митоза; 2) нарушение цитотомии во время телофазы. Рассмотрим первый механизм, т. е. блокирование периода G₂, профазы или метафазы. При этом неразделившаяся клетка вступает в период G1 с тетраплоидным набором хромосом (4п), потом в период S, после которо­го в ней будет 8с ДНК и 8п хромосом. Затем эта клетка всту­пает в профазу, потом в метафазу. В метафазной звезде будет 8п. Затем, во время анафазы, в расходящихся дочерних звез­дах будет по 4п хромосом. После телофазы в дочерних клет­ках будут тетраплоидные ядра.

Второй механизм образования полиплоидных клеток на­блюдается при нарушении цитотомии — после того как про­изошла анафаза, клетка вступила в телофазу, сформирова­лись ядра, но цитотомии материнской клетки не произошло. В каждом из 2 ядер неразделившейся клетки содержится по 2п и 2с. Когда эта клетка вступит в период G1, затем в период S, то в его конце в каждом ядре неразделившейся клетки ока­жется по 4п и 4с. Потом эта клетка вступает в профазу, затем в метафазу. В формирующуюся материнскую звезду от каж­дого ядра поступит по 4п хромосом, т. е. в материнской звез­де будет 8п. При расхождении дочерних звезд во время ана­фазы в каждой такой звезде будет по 4п хромосом. После телофазы в каждой дочерней клетке будет тетраплоидное ядро, т. е. в каждом ядре будет содержаться по 4п хромосом.

В каких органах имеются полиплоидные клетки? В клет­ках печени — гепатоцитах, мегакариоцитах красного костно­го мозга, в гландулоцитах ацинусов слюнных желез, поджелу­дочной железы, в пигментном слое сетчатки глаза. При этом ядро может содержать 4п, 8п, 16п, 32п. Резко выраженная полиплоидия особенно характерна для мегакариоцитов крас­ного костного мозга.

Эндорепродукция — это последовательное многократное удвоение ДНК, в результате чего увеличивается набор хромо­сом, при этом хромосомы связаны тонкими нитями. Эти структуры называются политенами, характерными для кле­ток плаценты.

21. Понятие о жизненном цикле клеток: этапы и их характеристика. Особенности жизненного цикла у различных популяций клеток:

Жизненный цикл клетки - время существования клетки от момента образования до нового деления или гибели. Обеспечивает преемственность генетического материала в ряду клеток дочерних поколений; приводит к образованию клеток, равноценных как по объему, так и по содержанию генетической информации.

Важной частью является митотический (пролиферативный) цикл - комплекс процессов, происходящих перед, во время и непосредственно после делением. Так же после деления клетка может перейти в G0-фазу("работа на экспорт", без последующего деления).

Митоз – это основной тип деления соматических эукариоти-ческих клеток. Процесс деления включает в себя несколько последовательных фаз и представляет собой цикл. Его продолжительность различна и составляет у большинства клеток от 10 до 50 ч. При этом у клеток тела человека продолжительность самого митоза составляет 1–1,5 ч, G2-периода интерфазы – 2–3 ч, S-периода интерфазы – 6—10 ч.

Основные стадии митоза.

1. Редупликация (самоудвоение) генетической информации материнской клетки и равномерное распределение ее между дочерними клетками. Это сопровождается изменениями структуры и морфологии хромосом, в которых сосредоточено более 90 % информации эукариотической клетки.

2. Митотический цикл состоит из четырех последовательных периодов: пресинтетического (или постмитотического) G1, синтетического S, постсинтетического (или премитотического) G2 и собственно митоза. Они составляют автокаталитическую интерфазу (подготовительный период).

Фазы клеточного цикла:

1)Пресинтетическая (G1). Идет сразу после деления клетки. Синтеза ДНК еще не происходит. Клетка активно растет в размерах, запасает вещества, необходимые для деления: белки (гистоны, структурные белки, ферменты), РНК, молекулы АТФ. Происходит деление митохондрий и хлоропластов (т. е. структур, способных к ауторепродукции). Восстанавливаются черты организации интерфазной клетки после предшествующего деления;

2)Синтетическая (S). Происходит удвоение генетического материала путем репликации ДНК. Она происходит полуконсервативным способом, когда двойная спираль молекулы ДНК расходится на две цепи и на каждой из них синтезируется комплементарная цепочка. В итоге образуются две идентичные двойные спирали ДНК, каждая из которых состоит из одной новой и старой цепи ДНК. Количество наследственного материала удваивается. Кроме этого, продолжается синтез РНК и белков. Также репликации подвергается небольшая часть митохондриальной ДНК (основная же ее часть реплицируется в G2 период);

3)Постсинтетическая (G2). ДНК уже не синтезируется, но происходит исправление недочетов, допущенных при синтезе ее в S период (репарация). Также накапливаются энергия и питательные вещества, продолжается синтез РНК и белков (преимущественно ядерных). S и G2 непосредственно связаны с митозом, поэтому их иногда выделяют в отдельный период – препрофазу. После этого наступает собственно митоз, который состоит из четырех фаз.