Клеточный и митотический циклы

Клеточный цикл — это период жизнедеятельности клетки от момента её возникновения до нового деления или гибели.

Митотический (пролифеоативный) цикл — это период, включающий подготовку клетки к делению и само деление. Он включает аутосинтетическую интерфазу (И /ф) и митоз (М). МЦ = И/ф + М.

Соотношение клеточного и митотического циклов может быть разным в зависимости от типа клеток и от способности их к делению.

• 1 группа Ткани, митозы в которых отсутствуют, регенерация осуществляется на внутриклеточном уровне. Нейроны, зрелые эритроциты, остеоциты костной ткани и др. KЦ = G₀
• 2 группа. Быстрообновляющиеся ткани. Клетки росткового слоя эпидермиса кожи, эпителий кишечника и роговицы глаза, меристематическая ткань у растений и др. кц = МЦ = И/ф + М = (G₁+S+G₂)+M
• 3 группа. Медленнообновляющиеся ткани внутренних паренхиматозных органов. Эпителий легких, поджелудочной железы, гепатоциты (клетки печени) и др. KЦ=G₀+MЦ=G₀+[(G₁+S+G₂)+M]

Клеточный цикл может иметь разную продолжительность у одного и того же организма в зависимости от тканевой принадлежности. Например, у человека продолжительность клеточного цикла составляет: для эпителия кожи — 20−25 суток, лейкоцитов — 3−5 суток, эпителия роговицы глаза — 2−3 суток, клеток костного мозга — 8−12 часов.

В среднем митотический цикл длится 12−36 часов.

При 24-часовом митотическом цикле продолжительность периодов приблизительно составляет: G₁ — 12 часов; S — 6−8 часов; G₂ — 3−4 часа и М — 1 час.

Аутосинтетическая и гетеросинтетическая интерфазы.

Митозу предшествует интерфаза, которая называется аутосинтетической и состоит из 3 периодов: G1, S и G2 (G — от англ. gap — интервал). Интерфаза обычно занимает не менее 90% всего времени клеточного цикла.

G1-пресинтетический период.

• 1. Идет синтез белков и РНК
• 2. Синтезируются белки-гистоны для хромосом.
• 3. Синтезируются ДНК-полимеразы и др. ферменты.
• 4. Накапливаются предшественники ДНКдезоксирибонуклеотиды.
• 5. Увеличивается количество рибосом и митохондрий.
• 6. Синтез АТФ.

Все это приводит к тому, что клетка интенсивно растет и может выполнять свою основную функцию.

Набор генетического материала — 2n, 2с.

S-синтетический период.

• 1. Продолжается синтез белков и РНК.
• 2. Главное событие интерфазы — репликация (удвоение) молекул ДНК!

Набор генетического материала — 2 n. 4с.

G2-постсинтетический период.

• 1. Продолжается синтез белков и РНК.
• 2. Синтезируются белки веретена деления (тубулинов).
• 3. Активизируется биосинтез веществ, необходимых для удвоения центриолей.
• 4. Идет синтез АТФ и других веществ богатых энергией.
• 5. Потребление клеткой кислорода уменьшается.

Набор генетического материала — 2 n. 4с.

В конце интерфазы изменяется физико-химическое состояние цитоплазмы (из состояния «золь» она переходит в состояние «гель» — становится более густой и менее акгивной). После аутосинтетической интерфазы клетка готова к митозу.

Гетеросинтетическая интерфаза — это период роста, дифференцировки клеток и выполнения ими специфических функций.

Митоз и его значение.

Митоз (от греч. mitos — нить) — непрямое деление клеток, сопровождающееся спирализацией хромосом.

И.Д. Чистяков (1874), Е. Страсбургер (1875) — описали митоз в растительных клетках. В дальнейшем П. И. Перемежко (1879) и В. Флемминг (1879, 1882) показали общую направленность процесса, который лежит в основе современных представлений о митозе.

В процессе митоза условно выделяют несколько стадий, постепенно и непрерывно переходящих друг в друга: 1) профазу; 2) метафазу; 3) анафазу и 4) телофазу. Длительность стадий митоза различна и зависит от типа ткани, физиологического состояния организма, внешних факторов; наиболее продолжительны первая и последняя.

Профаза (от греч. proдо, перед и греч. phasis — появление) — начальная фаза митоза. Наблюдается спирализация и конденсация хроматина и превращение его в компактные, заметные в световой микроскоп тельца — хромосомы, состоящие из 2-х хроматид, соединенных в области центромеры; начинает формироваться веретено деления, которое у животных образуется с участием центриолей, расходящихся к полюсам тетки, а у растений — без них. Наблюдается растворение ядрышек. Ядерная оболочка распадается на фрагменты и наблюдается беспорядочное движение хромосом в центральной части клетки, соответствующей зоне бывшего ядра.

Метафаза (от греч. meta — между, после) — вторая фаза митоза. Хромосомы выстраиваются по экватору клетки, образуя экваториальную пластинку; хорошо видно, что они состоят из двух хроматид. Завершается формирование веретена деления, есть две группы нитей: одни идут от полюса до полюса, а другие — от полюса до первичной перетяжки хромосом. В конце метафазы — начале анафазы происходит разделение центромер, и у каждой хроматиды с этого момента есть своя перетяжка.

Анафаза (от греч. ana — вверх). Самая короткая стадия митоза. Характеризуется расхождением хроматид к противоположным полюсам клетки.

Относительно механизма движения хроматид существует несколько гипотез, каждая из которых недостаточна для объяснения всех особенностей анафазного расхождения хроматид: а) скольжение хроматид по нитям веретена деления; б) «подталкивание» хроматид в области центромер и другие. Анафаза заканчивается, когда группы хроматид концентрируются у разных полюсов клетки, Телофаза (от лэеч. telos — конец) — по своему биологическому смыслу обратна профазе. Начинается с момента прекращения движения хроматид (сейчас их можно называть хромосомами) у полюсов клетки, где они деспирализуются (превращаются в состояние хроматина). Разрушается веретено деления. Затем образуется ядерная оболочка и формируются ядрышки (за счет ядрышковых организаторов некоторых хромосом).

Заканчивается телофаза разделением цитоплазмы — цитокенезом. У растений цитокенез происходит путем образования в центре клеточной перегородки, которая нарастает к периферии, а у клеток животных — путем перетяжки цитоплазматической мембраны от периферии к центру клетки.

Биологическое значение митоза заключается в строго равномерном распределении наследственной информации между дочерними клетками, в результате чего из одной материнской клетки образуются две дочерние клетки, которые идентичны по генетической информации между собой и материнской клетке.

• 1. Митозом делятся соматические клетки и незрелые половые.
• 2. За счет митоза происходит рост организма в эмбриональном и постзмбриональном периодах.
• 3. Митозом осуществляются процессы регенерации:
  • а) физиологическая регенерация — функционально устаревшие клетки организма заменяются новыми (форменные элементы крови, эпителиальные клетки кожи м Другие);
  • б) репаративная регенерация — восстановление утраченных органов и тканей. А. Митоз — одна из форм бесполого размножения у простейших.

Амитоз.

Прямое деление клетки, или амитоз, было обнаружено и описано раньше митотического деления (Р.Ремак в 1841 году).

Амитоз — это деление клетки, у которой ядро находится в интерфазном состоянии. При этом не происходит конденсации хромосом и образования веретена деления. Формально амитоз должен приводить к появлению 2-х клеток, однако чаще всего он приводит к разделению ядра и к появлению двуили многоядерных клеток.

Амитоз встречается реже, чем митотический тип деления. Эта форма деления имеет место практически у всех эукариот: животных, растений, простейших (у них имеет свои закономерности и особое значение).

Существует несколько способов прямого деления ядра:

образование перетяжки — при этом ядро принимает форму гантели, и после разрыва перетяжки образуется 2 ядра;

образование насечки, которая углубляясь внутрь, делит ядро на 2 части;

фрагментация (множественное деление ядра), при этом образуются ядра неравной величины; встречается чаще всего.

Многочисленные исследования показали, что амитоз встречается почти всегда в клетках стареющих, обречённых на гибель, дегенерирующих, стоящих в конце своего развития и неспособных дать полноценные клетки. Так, например, в норме амитотическое деление ядер встречается в зародышевых оболочках животных, в фолликулярных клетках яичника, в гигантских клетках трофобластов и т. д.

У растений амитоз ядра встречается в дифференцированных, временных или отмирающих тканях (стенки завязи, паренхима клубней, нуцеллус, эндосперм и др.).

Очень часто разные формы амитотического деления ядер встречаются при различных патологических процессах (воспаление, злокачественный рост).