Жизненный путь клеток
Как известно, клетки возникают только в результате деления. После разделения в новой клетке еще нет всех систем, обеспечивающих ее специфическую функцию. Должно пройти некоторое время (время созревания), чтобы сформировались все органеллы и произошел синтез необходимых ферментов.
Клетки имеют разную продолжительность функционирования. Некоторые клетки функционируют на протяжении всей жизни человека (например, нейроны). Таких видов клеток немного. Большинство клеток после определенного времени гибнет и заменяется новыми. Скорость замещения различных по типу клеток не одинакова. Клетки могут погибнуть в результате многих внешних случайных причин, например, при травме, действию химических или радиационных факторов. В таком случае разрушения клеток происходит хаотично, а продукты их распада вызывают в окружающих клетках воспалительную реакцию. Подобная случайная гибель клеток называется жирным и является предметом изучения патологической анатомии. Но большинство клеток погибает, когда заканчивается их жизненный путь, обусловленный генетическими механизмами. Генетически запрограммированной гибели клеток называют апоптозом (от греческого apoptosis - ноябрь).
Апоптоз рассматривают как результат действия внутренней клеточной генетической программы независимо от причин - нормальной или патогенетической. Апоптоз отличается от некроза тем, что клеточная оболочка во время апоптоза остается невредимой, ядро и цитоплазма конденсируются, клетка фрагментуеться на апоптозни тельца, подлежащих быстрому фагоцитоза макрофагами. Во время фагоцитоза апоптозних клеток и телец макрофаги не производят провоспалительных цитокинов, но увеличивают продукцию антивоспалительными цитокинов. Вокруг клеток, погибших путем апоптоза, воспалительный процесс не возникает. Функция ткани, часть клеток которой погибла таким образом, продолжается без нарушений.
Важнейшим признаком апоптоза является интернуклеосомальний распад ядерной ДНК, что позволяет не только выявить апоптозни клетки в гистологических препаратах, но и подсчитать их в суспензиях с помощью проточной цитофлуорометрии или радиометрии. В развитии апоптоза ключевое значение имеют каспаз, к субстратов которым относятся жизненно важные белки ядра. Важную роль в развитии апоптоза играет повреждения митохондрии и выход из них в цитоплазму мощного активатора каспаз - цитохрома С.
Размножение клеток. Клеточный цикл. Размножение клеток, а отсюда и рост организма происходят путем деления. Основными способами размножения клеток в организме человека является митоз и мейоз. Механизм деления клеток при митозе и мейозе подобный, но конечные результаты разные.
Митотический деление клеток (митоз) в норме увеличение количества клеток в организме во время их роста. Таким физиологическим способом восстанавливаются клетки, погибших путем апоптоза или по другим причинам. Известно, что клетки эпидермиса живут 10-30 дней, эритроциты - 4-5 месяцев, нервные и мышечные клетки (волокна) - в течение жизни человека.
Во всех клетках при размножении путем деления происходят периодические изменения, которые принято называть клеточным циклом. Это процессы, проходящие в клетке от деления к делению или от деления до смерти. В клеточном цикле выделяют подготовке клетки к делению - интерфазу. Митоз - это процесс деления клеток. Интерфаза имеет три периода: пресинтетичний (G1), синтетический (S) и постсинтетичний (G2).
В интерфазе, который длится примерно 20-30 часов, скорость биосинтетических процессов растет, увеличивается количество органелл. Очень важными в интерфазе является матричный синтез ДНК и удвоение хромосом. В интерфазе удваивается масса клеток и всех ее структурных компонентов, в том числе центриолей. Происходит репликация (удвоение) молекул ДНК - процесс передачи генетической информации, хранящейся в ДНК исходной клетки путем точного ее воспроизведения в дочерних клетках. При этом цепь ДНК исходной клетки служит матрицей для синтеза дочерних дезоксирибонуклеиновой кислот. Поэтому каждая из двух сестринских молекул ДНК состоит из одного старого и одного нового цепей. В период подготовки к митоза в клетке синтезируются белки, обеспечивающие деление клетки (митоз). До конца интерфазы хроматин в ядре конденсированный.
Митоз (от греческого mitos - нить) - период клеточного цикла, когда материнская клетка делится на две дочерние (рис. 1). Митотический деление клеток обеспечивает равномерное распределение структур клеток, ее ядерной вещества - хроматина - между двумя сестринскими клетками. Продолжительность митоза - от ЗО минут до 3 часов. Митоз подразделяют на профазу, метафазе, анафазу и телофазу.
В начале профазы характерные признаки интерфазных ядер исчезают, в нем образуются многочисленные плотные нитевидные базофильные скопление - хромосомы. Каждая хромосома становится хорошо заметной. В профазе постепенно исчезает ядрышко, центриоли расходятся к полюсам клеток. Микротрубочки центриолей направленные к экватору, то есть в этот период формируется веретено деления клетки.
В метафазе растворяется ядерная оболочка, возникает биполярное митотическая веретено, которое образовано микротрубочками. Хромосомные нити направляются к полюсам, сохраняя связь с экваториальной участком клетки. Структуры эндоплазматической сети и комплекса Гольджи распадаются на мелкие пузырьки (везикулы), которые вместе с митохондриями распределяются в обеих половинах клетки, делится. В ходе метафазы хромосомы перемещаются и располагаются в одной плоскости перпендикулярно оси между полюсами. Образована из хромосом фигура называется материнской звездой. При этом все хромосомы располагаются так, что их Центромера размещены в экваториальной плоскости, которая пересекает продольную ось веретена деления под прямым углом (метафазных пластинка). В конце метафазы каждая хромосома начинает расщепляться продольной щелью на две новые сестринские хромосомы. Метафаза занимает треть времени всего митоза.
В анафази сестринские хромосомы отделяются друг от друга и расходятся к полюсам клетки со скоростью до 0,5 мкм / мин. Это самый короткий период митоза. В конце анафазы плазматическая мембрана углубляется по экватору клетки и образуется борозда деления.
В телофази хромосомы, разошлись к полюсам клетки, деконденсуються и начинается транскрипция (продукция) РНК. Образуется ядерная оболочка, ядрышко, быстро формируются мембранные структуры будущих сестринских клеток. На поверхности клетки, по ее экватору, борозда деления углубляется, клетка разделяется на две сестринские клетки.
Благодаря митотического деления сестринские клетки получают диплоидный набор хромосом, идентичный материнскому. Митоз обеспечивает генетическую стабильность, увеличение числа клеток, то есть рост организма, а также процессы регенерации.
Мейоз (от греческого meiosis - уменьшение) - своеобразная форма клеточной репродукции в клетках-предшественника половых клеток. В мейозе происходят две последовательные митотическая разделения, между которыми отсутствует интерфазе. В результате разделения этих клеток образуются новые клетки с одинарным (гаплоидный) набором хромосом, что важно для передачи генетической информации. При слиянии одной женской и мужской половых клеток в процессе оплодотворения образуется одноклеточный организм - зигота, имеющая двойной (диплоидный) набор хромосом. В образованном диплоидный (двухъядерный) зиготе есть два набора одинаковых (гомологичных) хромосом. Одна пара гомологичных хромосом клетки полученная из ядра яйцеклетки, вторая - из ядра сперматозоида.
В результате мейоза половых клеток в зрелом организме в каждую дочернюю клетку попадает только по одной из всех пар гомологичных хромосом исходных клеток. Это становится возможным только потому, что при мейозе происходит лишь репликация ДНК и два последовательных деления ядер. В результате с одной диплоидной клетки образуется два гаплоидные клетки. В каждой из таких дочерних клеток содержится вдвое меньше хромосом (23), чем в ядре материнской клетки (46). В результате мейоза гаплоидные половые клетки имеют не только уменьшенное вдвое число хромосом, но и иное расположение женских и мужских (отцовских и материнских) генов в хромосомах. В связи с этим в новом организме является не только определенные признаки своих родителей, но и свои индивидуальные черты.
Рис. 1. Стадии митоза. Показано: конденсация хроматина с образованием хромосом, образование цитокинетичного веретена (веретена деления) и равномерное распределение хромосом и центриолей между двумя дочерними клетками.
А-Интерфаза; Б - профазы, В - метафаза; Г - анафаза; Д-телофаза; Е - пизнятелофаза (по А. Хэмом и Д. Кормак, с изменениями). 1 - ядрышко; 2 - центриоли; 3 - цитокинетичне веретено (веретено деления); 4 - звезда-астросфера; 5 - ядерная оболочка; 6 - кинетохор; 7 - непрерывные микротрубочки; 8 - s-хромосома; 9 - d-хромосома; 10 - хромосомные микротрубочки; 11 - формирование ядра; 12 - борозда разделения; 13 - пучок актинових нитей; 14 - срединное тельце.