12 Временная организация клетки. Понятие о клеточном и митотическом цикле. Характеристика фаз митотического цикла

Ответ 12 Время существования клетки от ее образования до следующего деления или смерти называют жизненным циклом клетки (ЖЦК) . В ЖЦК эукариотических клеток многоклеточного организма можно выделить несколько периодов (фаз) , каждый из которых характеризуется определенными морфологическими и функциональными особенностями: 
 


1. фаза размножения и роста 
 


2. фаза дифференцировки 
 


3. фаза нормальной активности 
 


4. фаза старения и смерти клетки. 
 


В жизненном цикле клетки можно также выделить митотический цикл, включающий подготовку клетки к делению и само деление. 
 
 Основные принципы организации ЖЦК: 
 


1. Продолжительность клеточного цикла различна в зависимости от типа клеток. 
 


Определить продолжительность ЖЦК специализированных клеток различных органов можно с помощью вычисления митотического индекса, т. е. определением доли клеток, находящихся в митозе. Пример: Клетки печени, на препарате обнаружено 3 митоза на 25000 клеток, продолжительность митоза предположительно – 1 час. Доля делящихся клеток – 3: 25000 = 0,00012. Если митоз длится 1 час, а доля клеток в митозе – 0,00012, то 1 час составляет 0,0012 часть от общей продолжительности ЖЦК. Следовательно, длительность цикла составит 1: 0,00012 = 8300 часов (1 год – 8760 час) . 
 


2. В нормальных клетках каждая стадия клеточного цикла зависит от правильного завершения предыдущей стадии. Контроль за основными процессами, происходящими в определенную стадию ЖЦК осуществляют многочисленные ферментативные и белковые системы клеток. При неблагоприятных условиях могут возникать задержки прохождения стадий клеточного цикла. 
 


3. Усиление дифференцировки клеток сопровождается снижением их митотической активности. А это, в свою очередь, предполагает наличие временных рамок продолжительности жизни многоклеточных организмов. Старение и смерть многоклеточных

– это расплата за те преимущества, которые дает специализация клеток

Клеточный цикл — это период существования клетки от момента её образования путем деления материнской клетки до собственного деления или гибели Длительность клеточного цикла у разных клеток варьируется. Быстро размножающиеся клетки взрослых организмов, такие как кроветворные или базальные клетки эпидермиса и тонкой кишки, могут входить в клеточный цикл каждые 12—36 ч. Короткие клеточные циклы (около 30 мин) наблюдаются при быстром дроблении яициглокожих, земноводных и других животных. В экспериментальных условиях короткий клеточный цикл (около 20 ч) имеют многие линии клеточных культур. У большинства активно делящихся клеток длительность периода между митозами составляет примерно 10—24 ч. Клеточный цикл эукариот состоит из двух периодов:

1. Период клеточного роста, называемый «интерфаза», во время которого идет синтез ДНК и белков и осуществляется подготовка к делению клетки.

2. Периода клеточного деления, называемый «фаза М» (от слова mitosis — митоз). Интерфаза состоит из нескольких периодов:

3. G1-фазы (от англ. gap — промежуток), или фазы начального роста, во время которой идет синтез мРНК, белков, других клеточных компонентов;

4. S-фазы (от англ. synthesis — синтез), во время которой идет репликация ДНК клеточного ядра, также происходит удвоение центриолей (если они, конечно, есть).

5. G2-фазы, во время которой идет подготовка кмитозу. У дифференцировавшихся клеток, которые более не делятся, в клеточном цикле может отсутствовать G1 фаза. Такие клетки находятся в фазе покоя G0. Период клеточного деления (фаза М) включает две стадии:

6. кариокинез (деление клеточного ядра);

7. цитокинез (деление цитоплазмы). В свою очередь, митоз делится на пять стадий. Описание клеточного деления базируется на данных световой микроскопии в сочетании с микрокиносъемкой и на результатах световой и электронной микроскопиификсированных и окрашенных клеток.

Фазы митоза

Профаза. Хромосомы спирализуются и приобретают вид нитей. Ядрышко разрушается. Распадается ядерная оболочка. В цитоплазме уменьшается количество структур шероховатой сети. Резко сокращается число полисом. Центриоли клеточного центра расходятся к полюсам клетки, между ними микротрубочки образуют веретено деления. Увеличивается вязкость, тургор цитоплазмы, поверхностное натяжение клеточной мембраны.

Прометафаза. Ядерная оболочка отсутствует, ядрышка нет, хромосомы в виде утолщенных нитей беспорядочно располагаются в области экватора.

Метафаза. Заканчивается образование веретена деления. Хромосомы выстраиваются в экваториальной плоскости клетки ( метафазная пластинка – фигура материнской звезды). Микротрубочки веретена деления связаны с кинетохорами хромосом. Каждая хромосома продольно расщепляется на две хроматиды (дочерние хромосомы), соединенные в области кинетохора (центральной части центромеры).

Анафаза. Связь между хроматидами нарушается, и они в качестве дочерних хромосом перемещаются к полюсам клетки со скоростью 0.2 – 5 мкм/мин. По завершении движения, на полюсах собирается два равноценных полных набора хромосом.

Телофаза. Реконструируются интерфазные ядра дочерних клеток. Хромосомы деспирализуются. Образуются ядрышки, ядерная оболочка. Разрушается веретено деления. Материнская клетка делится на две дочерние клетки. Происходит цитокинез.

В растительной клетке клеточная стенка образуется изнутри из пузырьков комплекса Гольджи и микротрубочек, а в животной клетке перетяжка образуется снаружи за счет впячивания плазмолеммы.

Биологическое значение митоза. В результате митоза из одной материнской клетки образуются две дочерние, имеющие одинаковую наследственную информацию как между собой, так и с материнской клеткой.

Факторы, влияющие намитотическую активность клетки.

I. Внутренние: состояние нервной системы, биологически активные вещества, циркулирующие по внутренней среде организма (гормоны, витамины, и др.), суточный ритм, продукты распада тканей (стимулируют митоз)..

II. Внешние: температура, свет , различные излучения, суточный ритм и др.

III. Тип ткани. Низкая митотическая активность наблюдается в стабильных тканях (нервная), средняя – в растущих тканях (мышечная), высокая – вобновляющихся тканях (эпителиальная).Митоз -тип деления клетки, при котором образуются дочерние клетки с таким же набором хромосом, как и у материнской клетки.

Фаза Процессы Профаза

1. Хромосомы спирализуются, в результате чего становятся видимыми.

2. Каждая хромосома состоит из двух хроматид.

3. Ядерная мембрана и ядрышко разрушаются. Центриоль удваивается. Метафаза

4. Хромосомы располагаются по экватору клетки. Образуется веретено деления. Анафаза

5. Центромеры делятся, и хроматиды (дочерние хромосомы) расходятся к полюсам

клетки спомощью нитей веретена деления. Телофаза

1. Вокруг разошедшихся хромосом образуется новая ядерная мембрана.

2. Исчезает веретено деления. Образуются две дочерние клетки. Значение митоза: обеспечивает равномерное распределение хромосом между

дочерними клетками.

С начала 60-х гг. появились новые взгляды на значение для старения и продолжительности жизни закономерностей клеточной пролиферации. На основании подсчета числа делений фибробластов, высеваемых в культуру ткани от эмбриона человека и от людей в возрасте 20 лет и выше, было сделано заключение о пределе клеточных делений (лимит Хейфлика), которому соответствует видовая длительность жизни. Показано, что фибробласты мыши способны удваивать свою численность 14—28 раз, цыпленка —15—35, человека—40—60, черепахи—72—114 раз. Проверка результатов, о которых идет речь, выявила, что представление об ограниченности числа клеточных делений в индивидуальном развитии является неточным.

В опухолях атипичные клетки делятся митотическим способом. В результате деления образуются идентичные измененной клетки. Деление происходит многократно. В итоге опухоль быстро растет.

13.Митоз, его биологическое значение. Нарушения митоза и их роль в возникновении соматических мутций.
 Мито́з — непрямое деление клетки, наиболее распространенный способ репродукции эукариотических клеток.
 Митоз наступает после интерфазы и условно делится на следующие фазы: 1) профаза, 2) метафаза, 3)анафаза, 4) телофаза.

Профаза -первая (начальная) фаза митотического и мейотического деления клеток. В профазе происходит поляризация клеток путем разхождения центриолей к противоположным концам клетки и образованием между центриолями веретена деления клеток. Ядро растет в размерах, и с хроматиновой сетки в результате спирализации укорачиваются хромосомы, состоящие из длинных тонких невидимых нитей в конце профазы становятся короткими, толстыми и размещенными в виде клубка видимых хромосом. Они сокращаются, утолщаются и состоят из двух нитей -хроматид. Хроматиды обвиваются вокруг друг друга, воздерживаясь попарно с помощью центромер. Профаза завершается исчезновением ядрышка и распадом ядерной оболочки. Из белка тубулина формируются микротрубочки -нити веретена. Вследствие растворения ядерной мембраны, хромосомы размещаются в цитоплазме. К центромерам прикрепляются нити веретена с обоих полюсов.

Метафаза -вторая фаза митотического и мейотического деления клеток. Начинается движением хромосом в направлении к экватору. Постепенно хромосомы (каждая состоит из двух хроматид) размещаются в плоскости экватора, образуя так называемую метафазную пластинку. В животных клетках на полюсах вокруг центриолей заметны звездоподобные фигуры. В этой фазе можно подсчитать число хромосом в клетке. Набор генетического материала составляет 2n4c.

Анафаза . Эта фаза митоза начинается с разделения центромер. Сестринские хроматиды отходят друг от друга, разделяются и соединяются их центромерные участки. Все центромеры делятся одновременно во всех хромосомах данной клетки. Каждая хроматидами с отдельной центромерой становится дочерней хромосомой и по нитям веретена начинает двигаться к одному из полюсов. В это время их называют сестринскими (дочерними) хромосомами. Все сестринские хромосомы движутся к противоположным полюсам одновременно и достаточно быстро. Хромосомы движутся при взаимодействии двух процессов: сокращения нитей веретена, влекущих хромосомы, и удлинение центральных нитей веретена. Набор генетического материала составляет 2n2c.

Телофаза -заключительная стадия митотического и мейотического деления клеток; заканчивается движение хромосом. Обратная относительно профазы. Хромосомы, которые достигли полюсов, состоят из одной нити, становятся тонкими, длинными (явление деспирализации хромосом) и невидимыми в световой микроскоп. Они образуют сетку интерфазного ядра. Формируется ядерная оболочка, появляется ядрышко. В это время исчезает митотический аппарат, в плоскости экватора образуется клеточная перегородка и происходит цитокинез -разделение цитоплазмы с образованием двух дочерних клеток. Набор генетического материала составляет 2n2c. 
 Биологический смысл митоза: 
 *рост и развитие организма, 
 *защита организма от старения, 
 *регенерация поврежденных клеток, 
 *бесполое размножение
 






Нарушения, возникающие в митозе приводят к возникновению клеток с различными кариотипами. Такой митоз получил название патологический митоз. Он является одним из механизмов возникновения соматической анеуплоидии -изменения числа хромосом в клетках организма, что связано с потерей или добавлением к хромосомному набору одной или более хромосом.

С патологическими митозами связано возникновение заболеваний. Нарушение митоза наблюдается при раке, лучевой болезни, вирусных инфекциях. Хромосомные заболевания в результате потери или появления лишних хромосом тоже в своем развитии имеют неправильное распределение хромосом. Значительные изменения процесса митоза наблюдаются в опухолевых клетках. Считают, что возникновение патологических митозов -одна из причин злокачественного перерождения клеток.

Клетки с аномальным числом хромосом преобладают у людей пожилого и старческого возраста. Так, в клетках костного мозга у людей старшего возраста чаще теряетсяY - хромосома. 
 14.Гаметогенез, его биологическое значение.
 
 Гаметогенез — процесс образования яйцеклеток (овогенез) и сперматозоидов (сперматогенез) —подразделяется наряд стадий:
 В стадии размножения диплоидные клетки, из которых образуются гаметы, называют сперматогониями и овогониями. Эти клетки осуществляют серию последовательных митотических делений, в результате чего их количество существенно возрастает. Сперматогонии размножаются на протяжении всего периода половой зрелости мужской особи. Размножение овогоний приурочено главным образом к периоду эмбриогенеза. У человека в женском организме этот процесс наиболее интенсивно протекает в яичниках между 2-ми 5-м месяцами внутриутробного развития. К 7-му месяцу большая часть овоцитов входит в профазу I мейоза.
 
 На стадии роста происходит увеличение клеточных размеров и превращение мужских и женских половых клеток в сперматоциты и овоциты I порядка, причем последние достигают больших размеров, чем первые. Одна часть накапливаемых веществ представляет собой питательный материал (желток в овоцитах), другая — связана с последующими делениями. Важным событием этого периода является репликация ДНК при сохранении неизменным числа хромосом. Последние приобретают двунитчатую структуру, а генетическая формула сперматоцитов и овоцитов I порядка приобретает вид 2n4с.
 
 Основными событиями стадии созревания являются два последовательных деления: редукционное и эквационное, которые вместе составляют мейоз . После первого деления образуются сперматоциты и овоциты II порядка (формула n2с), а после второго

— сперматиды и зрелая яйцеклетка (пс).
 


В результате делений на стадии созревания каждый сперматоцит I порядка дает четыре сперматиды, тогда как каждый овоцит I порядка — одну полноценную яйцеклетку и редукционные тельца, которые в размножении не участвуют. Благодаря этому в женской гамете концентрируется максимальное количество питательного материала — желтка.





Процесс сперматогенеза завершается стадией формирования, или спермиогенеза. Ядра сперматид уплотняются вследствие сверхспирализации хромосом, которые становятся функционально инертными. Пластинчатый комплекс перемещается к одному из полюсов ядра, образуя акросомный аппарат, играющий большую роль в оплодотворении. Центриоли занимают место у противоположного полюса ядра, причем от одной из них отрастает жгутик, у основания которого в виде спирального чехлика концентрируются митохондрии. На этой стадии почти вся цитоплазма сперматиды отторгается, так что головка зрелого сперматозоида практически ее лишена.
 
 Биологическая роль гаметогенеза.


1) обеспечивается постоянный для каждого вида набор хромосом
 2) происходит кроссинговер, в результате образуются кроссоверные клетки, что обуславливает наследственную изменчивость
 3) при объединении гамет в процессе оплодотворения проявляется комбинанивная изменчивость.