22.Пролиферация клеток, клеточные циклы.

Клеточный цикл.

К Ц - весь период существования клетки от ее появления в результате деления до элиминации вследствие либо деления, либо апоптоза. Всего 60-70 делений, определяется длиной теломеры. Сутки - двое по времени. Может затягиваться G1-период. 4-6 часов на возврат в КЦ.

4. периода: пресинтетический G₁, синтетический S, постсинтетический G₂ и митоз M. Периоды G1, S и G2 составляют интерфазу, во время которой клетка сохраняет оформленное ядро, тогда как при делении митозом оно временно исчезает. Выход из КЦ после М - G0 – стадия покоя. Клеточный цикл состоит из: интерфазы и деления. Интерфаза – это период жизни клетки между двумя метафазами. Деление клетки (деление ядра – кариокинез, деление цитоплазмы - цитокинез). Во время пресинтетического периода клетка активно синтезирует РНК и белки, восстанавливает органоиды, утраченные при делении, накапливает молекулы и энергию, необходимые для репликации, репарирует повреждения ДНК. Происходит увеличение объема цитоплазмы, благодаря чему наблюдается рост клетки.

В синтетическом периоде происходит синтез ДНК (репликация) и белков хроматина, что приводит к удвоению хромосом и увеличению размеров клеточного ядра. Одновременно с репликацией ДНК в ядро поступают гистоны и другие белки хроматина. Они взаимодействуют со вновь синтезированной ДНК и воспроизводят многоуровневую структуру хроматина, существовавшую в ядре до начала репликации. К концу S-периода количество ДНК и гистонов в клеточном ядре ↑ ровно в 2 раза. При этом 1хроматидные хромосомы, которые остались от материнской клетки, превращаются в 2роматидные. В постсинтетическом периоде клетка начинает непосредственную подготовку к делению. При этом в ней синтезируются тубулины, которые необходимы для формирования микротрубочек веретена деления, а также белки, участвующие в конденсации хромосом и других процессах митоза. Характерен высокий уровень посттрансляционных модификации белков (фосфорилирование и ацетилирование Б цитоскелета и ядерного матрикса). После окончания G₂-периода клетка приступает к митотическому делению.

Профаза Обычно самая продолжительная фаза клеточного деления. Хроматиды укорачиваются (до 4% первоначальной длины) и утолщаются в результате их спирализации и конденсации. Центриоли (структура жгутика) расходятся к противоположным полюсам клетки. От каждой центриоли в виде лучей расходятся короткие микротрубочки, образующие в совокупности звезду. Ядрышки уменьшаются, т.к. их НК частично переходит в определенные пары хроматид. К концу профазы ядерная М распадается и образуется веретено деления. Метафаза Пары хроматид прикрепляются своими центромерами к нитям веретена (микротрубочкам) и перемещаются вверх и вниз по веретену до тех пор, пока их центромеры не выстроятся по экватору веретена. Анафаза Очень короткая стадия. Каждая центромера расщепляется на 2, и нити веретена оттягивают дочерние центромеры к противоположным полюсам. Центромеры тянут за собой отделившиеся 1 от другой хроматиды, которые теперь наз. хромосомами. Телофаза Хромосомы достигают полюсов клетки, деспирализуются, удлиняются, и их уже нельзя различить. Нити веретена разрушаются, а центриоли реплицируются. Вокруг хромосом на каждом из полюсов образуется ядерная оболочка. Вновь появляется ядрышко. За телофазой может сразу следовать цитокинез (разделение всей кл на 2). Митоз – это непрямое деление. Основной способ деления эукариотических клеток.

Биологическое значение митоза

1. Из одной материнской диплоидной клетки образуется две дочерние диплоидные клетки.

2. Состоит в строго одинаковом распределении между дочерними клетками (материальных носителей наследственности) – молекул ДНК, входящих в состав хромосом.

3. Благодаря равномерному распределению хромосом между дочерними клетками обеспечивается образование генетически равноценных клеток и сохраняется преемственность в ряду поколений.

После завершения митоза две дочерние клетки опять могут вступить в G₁-период клеточного цикла. Однако, такое поведение клеток характерно только для быстрорастущих тканей и культур клеток в экспоненциальной фазе роста. Многие клетки после митоза на длительное время выходят из клеточного цикла в состояние пролиферативного покоя - G₀. Остающиеся в цикле клетки составляют пролиферативный пул. Величина пролиферативного пула определяется как отношение пролиферирующих клеток к общему числу клеток в популяции. Пролиферирующие клетки при этом идентифицируются по включению радиоактивно меченых предшественников ДНК или с помощью моноклональных антител к ядерному антигену пролиферирующих клеток - PNCA. Величина пролиферативного пула отражает характер роста тканей и клеточных культур. В стабильных, не растущих и не обновляющихся клеточных популяциях (например, в мышечной или нервной тканях) величина пролиферативного пула составляет менее 1%. В растущих или обновляющихся тканях величина пролиферативного пула варьирует в пределах 10-30%. Наиболее высокие значения пролиферативного пула характерны для быстро растущих опухолей - около 90%.

МЕЙОЗ - форма ядерного деления, сопровождающаяся уменьшением числа хромосом с диплоидного до гаплоидного. При этом в родительской клетке происходит однократное удвоение хромосом (репликация ДНК, как при митозе), за которым следует два цикла клеточных и ядерных делений (1 и 2ое деление мейоза). Из одной диплоидной материнской клетки образуется четыре гаплоидных клетки.

Интерфаза Происходит репликация органелл, ДНК и гистонов – клетка увеличивается в размерах. Каждая хромосома представлена теперь парой хроматид, соединенных цетромерой. Профаза1 Самая продолжительная (часто 5 стадий: лептотена, зиготена, пахитена, диплотена и диакинез).

А) Хромосомы укорачиваются и становятся видимыми как обособленные структуры. Хромомеры (где хромосомный материал сильно спирализован) чередуются с неокрашенными участками, выглядят как нитки бус.

Б) Гомологичные хромосомы из ядер мат и отцов гамет, приближаются и коньюгируют. Этот процесс еще называют синапсисом. Он может начинаться в нескольких точках хромосом, которые затем соединяются по всей длине (молния). 2 хр – бивалент. Биваленты укорачиваются (спирализация) и утолщаются. Теперь каждая хр с ее центромерой ясно видна.

В) Образуются хиазмы между бивалентами. Происходит обмен в хиазмах участками – кроссинговер. После чего гомологичные хр не расходятся, т.к. сестринские хроматиды (обоих хромосом) остаются прочно связанными вплоть до анафазы.

Г) Хроматиды гомологичных хр продолжают отталкиваться др от др, и бивалент приобретает с 1 хиазмой – крестообразную форму, с 2 – кольцевидную, с 3 и более – образует петли, лежащие перпендикулярно др другу. В клетке идут и др изменения: миграция центриолей к полюсам, разрушение ядрышек и ядерной мембраны, затем образование нитей веретена. Метафаза1 Биваленты выстраиваются в экваториальной полости, образуя метафазную пластинку. Центромеры прикрепляются к нитям веретена, и в результате слабого тянущего усилия этих нитей каждый бивалент располагается в области экватора, причем обе его цетромеры оказываются на одинаковом расстоянии от него – одна снизу, а другая сверху. Анафаза1 Нити веретена тянут центромеры, каждая из которых связана с двумя хроматидами, к противоположным полюсам веретена. В результате хромосомы разделяются на два гаплоидных набора, попадающих в дочерние клетки. Телофаза 1 На этом завершается 1 деление мейоза. Каждая хр состоит из 2 хроматид, но они генетически не идентичны (из-за кроссинговера) и при 2ом делении мейоза им предстоит разойтись. Веретена и их нити обычно исчезают. Хроматиды деспирализуются, вокруг них на каждом полюсе формируется ядерная мембрана и образовавшееся ядро вступает в интерфазу.Интерфаза 2 Фаза S отсутствует, и дальнейшей репликации ДНК не происходит. Сходны с метозом – разделение хроматид в обеих дочерних клетках, получившихся в результате 1 деления мейоза. Отличия от митоза: 1) в метафазе 2 сестринские хроматиды часто сильно обособляются до от др; 2) число хромосом гаплоидное.

Биологическое значение мейоза:

1. Из одной диплоидной клетки образуется 4 гаплоидных.

2. Появление разнообразного и разнокалиберного потомства при половом размножении организма.

3. Сохранение вида.