Воспроизведение клеток. 
Основы цитологии

• ? Воспроизведение клеток может происходить в ходе их деления (синонимы: размножение, репродукция, пролиферация) и без деления. В последнем случае говорят о внутриклеточной регенерации или эндорепродукции.
• ? Для высших позвоночных и человека характерны следующие способы деления: митоз, мейоз, амитоз, дробление (вариант митоза эмбриональных клеток бластомеров).
• ? Период жизни клетки от одного деления до следующего деления или от деления до ее естественной смерти называется клеточным циклом.

Митотический цикл — это период жизни клетки от одного митоза до другого.

• ? В среднем 10% цикла занимает собственно митоз, а 90% - интерфаза.
• ? Чем короче интерфаза, тем выше митотическая активность. Высокой митотической активностью обладают молодые малодифференцированные клетки. В их названиях нередко фигурирует приставка преи окончание — бласт (например: премиобласты, преостеобласты и, преэнамелобласты и др.).

Интерфаза состоит из пресинтетического (G1), синтетического (S) и премитотического (G2) периодов и знаменуется подготовкой клетки к функционированию, внутриклеточной регенерации или очередному митотическому делению (М). В целом ряде случаев между (G1) и (S) выделяется особый период репродукционного покоя и активного функционирования (G0).

G1 — пресинтетический период (основное содержание).

• ? Клетка восстанавливает количество органелл и ядерно-цитоплазматическое отношение.
• ? Клетка синтезирует РНК и ферменты, необходимые для удвоения ДНК в S — периоде интерфазы.
• ? Клетка растет за счет интенсивных синтезов структурных белков, а также накопления включений и достигает размеров материнской клетки до ее деления.
• ? В ядре преобладает эухроматин.
• ? Продолжительность периода (G1) для различных клеток неодинаков — он может длиться от нескольких часов до нескольких суток.
• ? В конце пресинтетического периода выделяют точку рестрикции ®, пройдя которую клетка обязательно войдет в синтетический период. В некоторых случаях клетка не преодолевает точку рестрикции.
• ? Стимуляторами перехода клетки через точку рестрикции служат триггерные белки, которые синтезируются на рибосомах кариолеммы под влиянием соматотропного гормона (СТГ). Основное количество триггеров накапливается в ночное время.
• ? Имеется несколько вариантов выхода клетки из G1 периода:
• — клетка переходит точку рестрикции, она вступает в S период, начинает подготовку к митозу и не подвергается апоптозу;
• — клетка не переходит точку рестрикции (мало триггеров) и вступает в G0 период (выходит из цикла);
• — клетка не переходит точку рестрикции, она остается в G1 периоде (ослабленные и дефектные клетки, клетки после действия на них естественных или медикаментозных цитостатиков) и подвергается апоптозу.

G0 — период репродукционного покоя и активного функционирования (основное содержание).

• ? В заканчивается дифференцировка клеток.
• ? Клетки приобретают статус высокодифференцированных (например: нейроны, сократительные кардиомиоциты).
• ? Они могут полиплоидизироваться (кратное увеличение количества ДНК и хромосом без нарушения кариолеммы).
• ? Клетки утрачивают способность к митозу.
• ? Клетки активно функционируют.
• ? Они восстанавливают свою структуру внутриклеточно без пролиферации, т. е. путем внутриклеточной регенерации.
• ? Высокодифференцированные клетки стареют и подвергается апоптозу (генетически запрограммированная физиологическая смерть).
• ? Некоторые клетки возвращаются в митотический цикл (например: клетки печени) и входят в синтетический период.
• S — синтетический период (основное содержание)
• ? Удвоение (редупликация) ДНК и удвоение числа хромосом, т. е. формирование в каждой хромосоме двух хроматид (сестринских хромосом).
• ? Удвоение центриолей (матричное комплексирование дочерних центриолей около материнских).
• ? Образование двух диплосом (попарно связанных дочерней и материнской центриолей).
• ? Усиление синтезов и сборки «структурных» белков (в т.ч. тубулинов).
• ? Функциональная активность клетки снижается.
• ? Апоптозов не бывает.

G 2 — премитотический период (основное содержание).

• ? Увеличение количества свободных рибосом (усиление внутриклеточных синтезов структурных белков (мембранных, тубулиновых, сократительных, гистоновых)
• ? Запасается АТФ на митохондриях и в гиалоплазме.
• ? Усиливается спирализация хроматина и формирование максимального количества гетерохроматина
• ? Функциональная активность клетки минимизируется

Собственно митоз — универсальный способ деления всех эукариотических соматических клеток.

• ? Длится 30 — 60 мин.
• ? Образуются две дочерние клетки с равномерным распределением исходного (от материнской клетки) генетического материала.
• ? Количество митозов запрограммировано для каждого вида клеток.
• ? Во время митотического деления клетка не функционирует.
• ? Биологическое значение митоза заключается в постоянном обновлении состава тканей новыми диплоидными сингентными клетками, в процессе которого происходит: регенерация тканей, рост отдельных органов и организма в целом.
• ? Митоз протекает преимущественно ночью в четыре последовательные фазы: профаза, метафаза, анафаза и телофаза

Профаза (краткое содержание).

• ? Происходит формирование и спирализация хромосом, каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид.
• ? Хромосомы компонуются в виде клубка
• ? Дезинтегрируются и исчезают ядрышки
• ? Кариолемма распадается на отдельные фрагменты и превращается в мелкие мембранные пузырьки.
• ? Уменьшается количество гранулярной ЭПС
• ? Диплосомы (удвоенные центриоли) расходятся к будущим полюсам клетки
• ? Начинается формирование «веретена деления» — комплекса микротрубочек, часть из которых прикрепляются к хромосомам. Эти микротрубочки обеспечивают временную фиксацию («заякоривание») хромосом в цитоплазме и их дальнейшее перемещение.

Метафаза (краткое содержание).

• ?Хромосомы выстраиваются у экватора клетки и временно удерживаются (фиксируются) в этой области.
• ?Хроматиды (сестринские хромосомы) начинают обособляются друг от друга.

Анафаза (краткое содержание).

• ?Микротрубочки веретена деления, прикрепленные к хромосомам, укорачиваются.
• ? Хроматиды полностью обособляются и начинают синхронное передвижение к противоположным полюсам клетки, где происходит их скопление в виде двух идентичных наборов. Происходит равномерное распределение всего генетического материала между клеточными полюсами.
• ?Клетка вытягивается в меридиональном направлении и расстояние между полюсами увеличивается.
• ?Благодаря сокращению микрофибрилл кортекса экваториальной области начинает образовываться клеточная перетяжка, которая углубляется в следующей фазе митоза.

Телофаза (краткое содержание).

• ? Хромосомы на полюсах клетки сворачиваются в рыхлые клубки и деспирализуются. Они постепенно превращаются в хроматин интерфазного ядра.
• ? Вокруг хромосомных клубков из мембранных пузырьков (фрагменты бывшей кариолеммы и гранулярной ЭПС) формируется новая ядерная оболочка.
• ? Вновь появляются ядрышки
• ?Немногочисленные органеллы перераспределяются между формирующимися клетками.
• ?В ходе прогрессирующего углубления клеточной перетяжки происходит цитотомия — разделение клетки на две дочерние.
• ?В результате телофазы образуются две дочерние генетически и структурно идентичные диплоидные клетки.
• ?Обе клетки вступают в пресинтетический (G1) период интерфазы.
• ? Если цитотомии не произошло, то образуется двуядерная клетка.

Возможные варианты митотического цикла двуядерной клетки.

• ?Клетка не проходит точку R, выходит в Gо, где дифференцируется, интенсивно функционирует, стареет и апоптирует.
• ? Клетка проходит точку R, вступает в S (удвоение ДНК и хромосом в каждом ядре и образование диплосомы), проходит G 2, приступает к митозу (объединение хромосом обоих ядер в профазу и метафазу, концентрация двойного набора хромосом по полюсам, цитотомия). В результате образуются две самостоятельные клетки с полиплоидными ядрами (кратное увеличение ДНК и хромосом).
• ? Полиплоидные клетки часто выходят в Gо, где активно функционируют

Специальные разновидности митоза (краткие характеристики) Эндомитоз (эндоредупликация) — это вариант митоза характерный для клеток некоторых интенсивно функционирующих органов (печень, слюнные железы и др.).

• ?Происходит кратное увеличение количества ДНК и хромосом внутри ядра без его разрушения.
• ?Ядро увеличивается в объеме.
• ? В результате образуется полиплоидная клетка, в которой усилены процессы транскрипции и трансляции.
• ?Основной смысл образования полиплоидии — это активизация клеточной функции.

Мейоз — деления клеток репродуктивных дифферонов (рядов дифференцирующихся родственных клеток), в результате которого образуются гаплоидные зрелые половые клетки (гаметы).

• ? Мейоз представляет собой два последовательных модифицированных митотических деления исходной диплоидной клетки гоноцита.
• ? Между первым и вторым делениями имеет место редуцированная интерфаза без S — синтетического периода.
• ? Дочерние клетки — гаметы (сперматозоиды или яйцеклетки) получают 22 аутосомы и одну половую хромосому. Это — гаплоидные клетки.
• ? Гаметы больше не делятся, они предназначены для оплодотворения.

Дробление — размножение эмбриональных клеток (бластомеров).

• ?Представляет собой череду последовательных митотических делений с резко редуцированным G1 периодом интерфазы.
• ?Образуются дочерние диплоидные бластомеры
• ?Бластомеры в отличие от соматических клеток: а) не растут, б) не расходятся, в) не дифференцируются, г) не функционируют, д.) не апоптируют.

Амитоз — быстрый прямой способ деления клеток без предварительной подготовки хромосомного аппарата.

• ?Происходит в G1 или Gо периодах
• ?Ядро делится (кариотомия) прямой перетяжкой и генетический материал распределяется неравномерно между дочерними ядрами, т. е. возникает анеуплоидия.
• ?Перетяжка цитоплазмы может быть полной, т. е. произойдет цитотомия и образование двух анеуплоидных клеток.
• ?Плоидность клеток в некоторых случаях может нормализоваться (реставрироваться) из резервных нуклеотидов вследствие реализации генетической программы сборки хромосом.
• ?Цитотомия может быть неполной или вообще отсутствовать, тогда формируется двуядерная клетка с совокупным диплоидным набором хромосом.
• ?Клетки в процессе амитоза не выключается из функции и быстро наращивают свое количество.
• ?Часть клеток после реставрации генома может вернуться в обычный митотический цикл.
• ?Биологическое значение амитоза, также как и само его существование дискуссионно, есть мнения что:
• — это патологическое явление, ведущее к возникновению злокачественных опухолей,
• — это резервный способ клеточного размножения, который включается в экстренных ситуациях (репаративная регенерация), но в целом ряде случаев может перейти в опухолевый рост,
• — это нормальное явление, характерное для клеток функционально перегруженных органов

Внутриклеточная регенерация (эндорепродукция).

• ? Является универсальным способом восстановления структуры делящихся и неделящихся (вне деления) клеток.
• ? Внутриклеточная регенерация (ВКР) базируется на двух полярных процессах — разрушения отживших структур аутолизосомами (катаболизм) и образования новых структур (анаболизм) согласно генетической программе.
• ? Внутриклеточная регенерация в клетках идет постоянно. На некоторых этапах их жизнедеятельности (например, после интенсивного функционирования) процессы внутриклеточной регенерации могут активизироваться, а затем нормализоваться.
• ? Для реализации программы внутриклеточной регенерации требуется участие всех СФАК.
• ? Нередко интенсификации процессов внутриклеточной регенерации предшествует эндомитоз — кратное увеличение количества ДНК и хромосом в интерфазном ядре без деления
• ? Стойкое усиление процессов анаболизма увеличению размеров клетки — гипертрофии.
• ? Если увеличение размеров клетки произошло за счет увеличения количества органелл — это рабочая гипертрофия. Увеличение объема преимущественно гиалоплазмы приводит к развитию нерабочей гипертрофии клетки.

Варианты течения эндорепродукции:

• ? В нормальных условиях жизнедеятельности клетки эндорепродукция идет постоянно на запрограммированном уровне. Обеспечивается баланс процессов «структурного созидание — разрушения» и поддерживается клеточный гомеостаз.
• ? Изменение условий жизнедеятельности (функциональные нагрузки, изменения экологии, заболевания, выздоровление, медицинские вмешательства: лекарства, операции, физиолечение и т. д.) приводит к усилению (ослаблению) внутриклеточной регенерации под контролем генома.
• >Примерные этапы включения механизмов внутриклеточной регенерации при активизации функции клетки:
• > полиплоидизация ядра (эндомитоз),
• > усиление рибосомообразования,
• > усиление синтетических процессов в цитоплазме (СФАК внутриклеточных синтезов и структуризации),
• > увеличение количества органелл (рабочая гипертрофия клетки),
• > усиление функциональной активности клетки,
• > возврат к исходному состоянию под контролем генома (восстановление плоидности ядра, уничтожение «излишков» органелл аутолизосомами)