Временная организация клетки: понятие о жизненном (клеточном) цикле. Характеристика интерфазы.

27. Временная организация клетки: фазы митотического деления. Биологическая роль митоза. Патология митоза.
Жизненный цикл клетки

Время существования клетки от ее образования до следующего деления - жизненный цикл клетки (ЖЦК)

В ЖЦК эукариотических клеток многоклеточного организма можно выделить несколько фаз, каждая из которого хар-ся определенными морф. и функц. особенностями:

-митоз и рост

-дифференцировка

-норм. Активность

-старение и смерть клетки

Основные принципы организации

1. Продолжительность клеточного цикла различна в зависимости от типа клеток

Определить продолжительность - вычислить митотический индекс (кол-во клеток, наход. в митозе). Для клеток печени - 8300 часов

2. В нормальных клетках каждая стадия ЖЦК зависит от правильного завершения предыдущей стадии

Регуляция за счет ферментов. При неблагоприятных условиях могут возникать задержки прохождения стадий ЖЦК

3. Усиление дифф. клеток сопроводж. снижением их митотической активности

Чем более дифференцированы - тем короче ЖЦК

ЖЦК

Митоз - способ деления генетически и морфологически неизменных клеток.

Амитоз- приводит к образованию клеток с различной генетической информацией.

Постмитотический период

Материнская клетка - две дочерних клетки(2с, 2n) - период G1 (активизация обмена веществ, увеличение числа органоидов)

В ядре - РНК, ядрышки (в них образуются субъединицы рибосом), поры

Варианты перехода в след.стадии ЖЦК

1.Клетка вступает в митотический цикл (репдикация ДНК, синтетический период интерфазы)

2.Клетка прекращает рост и переходит в фазу дифференцировки и нормальной активности. Эта стадия - стадия пролиферативного покоя (G0). Покой - не анабиоз, происходят активные метаболические процессы, дифференцировка.

Дифференцировка клеток

Дифференцировка - процесс формирования морфологический особенностей клеток, обесп. выполнение специф. функций. Процессы д. клеток набл. на всех этапах онтогенеза, а сам процесс обусловлен избирательной активностью опр. генов. Морф. и функц. особенности клеток опр. активностью только частью генов из всего генотипов.

По степени специализации - недифференцированные (бластомеры, стволовые клетки) и дифференцированные. Только вторые могут выполнять свои функции. Любое нарушение д. приводит к нарушению или невыполнению функций (опухолевые клетки эндокринных органов, появление в крови незрелых лимфоцитов).

Дифференцированные клетки сохраняю способность к пролиферации, поэтому в определенных ситуациях (повреждение органа, увеличение нагрузки на орган) могут переходить в митотический цикл.

Синтетический период

Основная особенность - репликация ДНК

Биологическое значение репликации ДНК - удвоение наследственной информации, которая в последующем митозе будет равномерно распределена между дочерними клетками.

Механизмы контроля репликации и стабильности

1. Ферментативный контроль осуществляет ДНК-полимераза. Если фермент ошибочно присоединит неправильный нуклеотид, его отдельный каталитический участок удалит неподходящее соединение и исправит ошибку.

2. Репаративный контроль осуществляется особыми ферментативными системами на всех стадиях ЖЦК.

Постсинтетический период (G2) (4с, 4n)

После полного заверш. репликации и проверки правильности удвоения ДНК клетка переходит в G2 (премитотический период)

Особенности:

-накопление АТФ

-образование белков веретена деления

-синтез в клетке М-стимулирующего фактора

Биол. значение митоза

Митоз - непрямое деление эукариотической клетки, в результатете которого образуются идентичные клетки по кариотипу и генотипу

Кариотип - набор хромосом клетки

Генотип - совокупность генов диплоидной клетки

ВЫВОД: Все соматические клетки одного организма содержат полный объем всей наследственной информации о развитии этого организма, изначально заложенный в зиготе.

Нарушения митоза

Атипические митозы возникают при повреждении митотического аппарата и хар-ся неравномерным распределением ген.материала между дочерними клетками

1. Остставание в расхождении хроматид в анафазу митоза приводит к возникновению геномных мутаций - гетероплоидий

2. Нарушение цитокинеза клетки. В одних случаях возникают гигантские клетки с полиплоидным набором хромосом. В других - двух- и многоядерные клетки. Наличие полиплоидных клеток - нормальное явление в клетках печени, мочевого пузыря, поджелудочной железы и слюнных желез.

Соматические мутации - мутации, связанные с нарушением наследственного аппарата диплоидных клеток. Уровень нарушения может быть различным генный, хромосомный, геномный.

Эндомитоз

Эндомитоз - вариант митоза, при котором происх. удвоение числа хромосом внутри ядерной оболочки без ее разрушения и обр. веретена деления. При повторных эндомитозов могут возникать полиплоидные клетки

Мегакариоциты - клетки костного мозга начингают формировать эритроциты лишь достигнув определенного уровня полиплоидии (16-32n) в результате нескольких эндомитозов.

Старение и гибель клеток

Период старения: - уменьшение объема клеток

- увеличение содержания крупных лизосом

- накопление пигментных и жировых включений

- появление вакуолей в цитоплазме и ядре

Гибель клетки - заверш. этап ЖЦК. Эволюционно обоснованный и генетически закрепленный процесс.

Теломера - особый участок хромосом, содержащий ген "бессмертия"

Теломераза - восстанавливает утраченные участки теломер

Механизмы гибели клеток

1. Некроз - возникает под действием повреждающих факторов. Наблюдаются изменения органоидов клетки (набухание митохондрий и уменьшение в них крист, распад цистерн пластинчатого комплекса), нарушение проницаемости плазмолеммы, повреждение мембран лизосом и выделение гидролаз, изменение ядра клетки (кариопикноз (сморщивание), кариорексис (распадение на отд. фрагменты), кариолизис (растворение)).

Массовая гибель клеток, возникает признак воспаления на месте некроза(отек, гиперемия, боль, местное повышение температуры, нарушение функции)

2. Апоптоз - активный генетический контролируемый процесс гибели клетки. Энергоемкий процесс и регулируется различными внутренними факторами клетки. Обычно происходит в отдельных клетках и имеет место у человека на всех этапах развития. Имеет значение в следующих процессах:

- формирование органов в ходе эмбрионального развития

- удаление стареющих клеток в зрелых тканях

-реакция тканей на действие повреждающих факторов

-в развитии инфекционных заболеваний

-опухолевом росте

Сигналы, запускающие генетическую программу апоптоза

1. Нарушение механизмов дифф. клеток, потеря контакта с другими клетками, изменение морфологии органоидов

2. Возникновение неустранимых повреждений ДНК

3. Вирусные заболевания

Стадии апоптоза:

- утрата клеткой контакта с соседними клетками

- сжатие цитоплазмы и ядра клетки, образование вздутий и выпячиваний мембраны, кариопикнохз

- распад клетки на фрагменты и их фагоцитоз соседними клетками

В месте гибели клетки воспалительная реакция ОТСУТСТВУЕТ

Регуляция роста и размножения клеток

1. Кейлоны и антикейлоны

2. Цитокины (хемокины, интерлейкины, факторы роста клеток, факторы некроза опухолей)

3. Протоонкогены (группа генов, контр. нормальное деление и дифференцировку). Измененные мутацией, активные протоонкогены - онкогены (вызывают развитие раковых опухолей).

4. Антионкогены (гены, продукты деятельности которых угнетают митотическую активность). Самый известный - р53. Он поддерживает стабильность генетического аппарата клетки - останавливает клеточный цикл для репарации ДНК, а при значительных нарушениях наследственного аппарата запускает механизм апоптоза.