Билет № 41

1. Каким образом могут делиться соматические клетки?

Соматические клетки (др.-греч. σῶμα — тело) — клетки, формирующие тело организма. К соматическим клеткам относятся все клетки тела, за исключением гамет.

Мито́з (греч. μιτος — нить) — непрямое деление клетки, кариокинез, наиболее распространенный способ репродукции эукариотических клеток. Биологическое значение митоза состоит в строго одинаковом распределении хромосом между дочерними ядрами, что обеспечивает образование генетически идентичных дочерних клеток и сохраняет преемственность в ряду клеточных поколений.

Митоз — один из фундаментальных процессов онтогенеза. Митотическое деление обеспечивает рост многоклеточных эукариот за счёт увеличения популяции тканевых клеток. В результате митотического деления клеток меристем увеличиваются тканевые популяции растительных клеток. Дробление оплодотворённого яйца и рост большинства тканей у животных также происходит путём митотических делений.^[2]

На основании морфологических особенностей митоз условно подразделяется на стадии: профазу , прометафазу , метафазу , анафазу, телофазу. Первые описания митотических фаз и установление их последовательности были предприняты в 70—80-х годах XIX века. В конце 1870-х — начале 1880-х годов немецкий гистолог Вальтер Флемминг для обозначения процесса непрямого деления клетки ввёл термин «митоз».

Продолжительность митоза в среднем составляет 1—2 часа. В клетках животных митоз, как правило, длится 30—60 минут, а в растительных — 2—3 часа. Клетки человека за 70 лет суммарно претерпевают порядка 10¹⁴ клеточных делений.

2. Охарактеризуйте типы тканей по характеру пролиферативной активности?

Прежде чем начать знакомство с многочисленными средствами и методами очищения организма, давайте поговорим о том, что именно и от чего нам необходимо очищать. Все наши органы и системы состоят из различных типов тканей. И каждый из этих типов имеет свое строение и свои функции, в соответствии с которыми подвержен «загрязнению» в большей или меньшей мере. В соответствии с особенностями строения и функциями различают четыре типа тканей. Эпителиальные ткани Первый тип — эпителиальные ткани (эпителий). Они покрывают поверхность тела (эпидермис кожи — ее наружный слой), внутренние поверхности полых органов (желудка, матки, мочевого пузыря и др.), поверхности серозных оболочек, выстилающих внутренние полости тела (брюшную, плевральную, полость перикарда, эпикарда), и могут содержать железистые образования (печень, поджелудочную железу, слюнные железы и др.). Поэтому различают два основных вида эпителиальных тканей — покровные и железистые. Эпителиальные ткани выполняют барьерные (защитные) и секреторные функции. Несмотря на существенное различие в строении видов этих тканей, они имеют ряд общих признаков: - под ними всегда находится соединительная ткань; - между клетками эпителия отсутствует межклеточное вещество, поэтому хорошо развиты межклеточные контакты; - в эпителии нет кровеносных сосудов, и его питание осуществляется путем диффузии веществ из сосудов, расположенных в подлежащей соединительной ткани. Одной из важнейших особенностей эпителиальных тканей является то, что они обладают очень высокой способностью к регенерации (восстановлению). Опорно - трофические ткани Ко второму типу тканей относятся кровь и лимфа, которые вместе с соединительными тканями (третий тип) называются опорно-трофическими, или тканями внутренней среды. Основное их назначение — поддержание гомеостаза организма (постоянства его внутренней среды). Все опорно-трофические ткани имеют сходный принцип строения: помимо клеток, они содержат хорошо развитое межклеточное вещество — именно эта особенность главным образом и отличает их от эпителиальной, мышечной и нервной тканей. Межклеточное вещество может быть жидкой консистенции (в крови и лимфе), плотной (волокнистые соединительные ткани) и твердой (хрящ, кость). Трофическая функция (то есть питание тканей организма) осуществляется прежде всего кровью и лимфой, опорная — скелетными тканями (хрящевая, костная). Поскольку все опорно-трофические ткани развиваются из одного эмбрионального зачатка — мезенхимы, они тесно связаны между собой и взаимодействуют в процессах регенерации, воспаления и др. Кровь и лимфа Кровь состоит из плазмы (жидкого межклеточного вещества) и так называемых форменных элементов — эритроцитов, лейкоцитов, кровяных пластинок (тромбоцитов). Она составляет 5-9% массы тела. Кровь циркулирует по кровеносным сосудам, поставляя всем органам кислород (из легких), питательные вещества (из кишечника), гормоны и т. д. и перенося от них (органов) к легким углекислый газ и к органам выделения — продукты обмена веществ, подлежащие обезвреживанию и выделению. Таким образом, важнейшими функциями крови являются трофическая, дыхательная и транспортная. Кроме того, кровь выполняет и защитную функцию, обеспечивая формирование иммунитета. Лимфа, находящаяся в лимфатических сосудах, обеспечивает отток тканевой жидкости от всех органов, а также постоянное перемещение лимфоцитов — основных клеток, отвечающих за иммунные реакции организма. Подобно крови, она состоит из плазмы и форменных элементов, среди которых 98% представлены лимфоцитами. Соединительные ткани Соединительные ткани делятся на собственно соединительные и скелетные ткани. Собственно соединительные ткани Они представлены в организме различными видами волокнистых тканей и тканями со специальными свойствами. Волокнистые ткани. Очень распространена в организме рыхлая волокнистая неоформленная соединительная ткань. Она образует строму (опору) большинства органов, сопровождает сосуды и нервы, составляет основу слизистых оболочек, располагается под эпителием, вокруг мышц. Вместе с кровью этот вид ткани образует внутреннюю среду организма, в которой совершается обмен между клетками органов и кровью. Основные функции этой ткани — трофическая, защитная, пластическая и менее выраженная опорная. Плотные коллагеновые соединительные ткани (коллагеновыми они называются потому, что состоят из белка коллагена) выполняют главным образом опорную функцию: из них построены сухожилия, большинство связок, фасции, капсулы органов. Коллагеновые волокна в этих структурах соединены в пучки, что обеспечивает их большую прочность — они могут выдерживать нагрузку до 100 кг. Еще одна разновидность волокнистых соединительных тканей — плотная эластическая ткань. Она также входит в состав связочных структур (например, выйная связка). Главное различие между рыхлой и плотной соединительной тканью в том, что в рыхлой преобладают клетки, а в плотной — межклеточное вещество с сильно развитыми волокнами. Ткани со специальными свойствами. К собственно соединительным тканям со специальными свойствами относятся ретикулярная, жировая, слизистая и пигментная. Ретикулярная ткань образует основу и микроокружение для развивающихся клеток крови и иммуноцитов. Основными функциями жировой ткани являются накопление и обмен липидов (жировых веществ). Жировая ткань располагается под кожей, в сальнике, брыжейке и многих органах. Слизистая соединительная ткань встречается в организме в период его эмбрионального развития и по мере развития плода замещается волокнистой соединительной тканью. И, наконец, пигментная соединительная ткань находится в радужке и сосудистой оболочке глаз. Скелетные ткани В эту группу входят хрящевые и костные ткани, для которых характерно наличие плотного межклеточного вещества и в связи с этим выполнение опорной функции. Хрящевая ткань находится в хрящевой части ребер (в области соединения с грудиной), в воздухоносных путях (гортань, трахея, бронхи), на суставных поверхностях костей. В органах, подверженных изгибам (например, ушная раковина), встречается эластическая хрящевая ткань. Волокнистая хрящевая ткань имеется в межпозвоночных дисках, в местах прикрепления сухожилий к суставам и т. д. В последние годы успешно применяется трансплантация хрящевой ткани для устранения ее дефектов и в косметических целях. Хорошая приживляемость хрящевой ткани объясняется отсутствием в ней сосудов и особыми свойствами межклеточного вещества, которые препятствуют отторжению приживляемой ткани. Костная ткань представлена в организме тремя видами: грубоволокнистая (первичная), пластинчатая (вторичная) и дентин (зубы). Как и другие виды соединительных тканей, костные ткани состоят из клеток и межклеточного вещества. Благодаря высокой минерализации межклеточного вещества (70%) они отличаются особой прочностью и твердостью. Клетки, из которых состоит костная ткань, также подразделяются на три вида: утратившие способность к делению (остеоциты); активно синтезирующие компоненты межклеточного вещества, то есть создающие костную ткань (остеобласты); обеспечивающие разрушение кости (избавляющие ее от отживших элементов) и обызвествление хряща (остеокласты), которые участвуют в регуляции кальциевого обмена в организме. Следует отметить, что положительные заряды электричества стимулируют остеокласты, а отрицательные — остеобласты, что позволяет в клинических условиях целенаправленно воздействовать на клетки, в частности, на остеобласты, чтобы ускорить регенерацию кости при переломах. Мышечные ткани Все двигательные процессы в организме обеспечиваются мышечными тканями. Почти все клетки организма обладают способностью сокращаться, но именно в мышечных тканях эта функция достигает наивысшего развития, так как они обладают специальными сократительными структурами — миофибриллами. Мышечные ткани делятся на две большие группы — гладкие и поперечно-полосатые. Гладкие мышцы, состоящие из одноядерных веретенообразных клеток, не имеют поперечной исчерченности. Они входят в состав кишечника, кровеносных сосудов, дыхательных путей, выделительных и половых органов, многих желез. Поперечно-полосатые мышцы составляют скелетную и сердечную мускулатуру. В отличие от гладких мышц, они состоят из многоядерных мышечных волокон (симпластов) и имеют поперечную исчерченность, обусловленную чередованием в их миофибриллах участков с разными свойствами. Поперечно-полосатая мышечная ткань обладает большей силой и скоростью сокращения, чем гладкая. Нервная ткань Нервная ткань — это основной компонент, из которого построена нервная система, осуществляющая регуляцию деятельности всех тканей и органов, их взаимодействие и связь организма с окружающей средой. Нервная ткань состоит из нервных клеток (нейроны, нейроциты) и нейроглий — клеток, заполняющих пространство между нейронами. Нейроглия выполняет в нервной ткани опорную, разграничительную, трофическую, секреторную и защитную функции. Нейроны воспринимают раздражение, приходят в состояние возбуждения и передают нервный импульс. Нервные волокна — это отростки нервных клеток, а нервные окончания — концевые аппараты отростков нейронов. Различают межнейрональные синапсы, эффекторные и рецепторные (чувствительные) окончания. Межнейрональные синапсы— это места межклеточных контактов нейронов, где нервный импульс передается с нейрона на нейрон. Эффекторные нервные окончания связаны с осуществлением двигательных и секреторных функций организма. Рецепторные нервные окончания (рецепторы) воспринимают раздражение извне (зрительные, слуховые, вкусовые, обонятельные, тактильные, температурные и болевые рецепторы), а также сигналы о состоянии самого организма (рецепторы внутренних органов, рецепторы двигательного аппарата).

3. Какие периоды включает митотический цикл клетки? Назовите процессы, происходящие в каждом периоде.

Одним из основных свойств живой клетки является ее способность к делению. В настоящее время остается неясным, что ограничивает этот процесс и почему во многих органах, когда они достигают в процессе развития определенного объема, процесс деления прекращается. Неясно также, за счет чего деление клеток возобновляется, например, в фазе регенерации после резекции части печени. Многие гормоны вместе с тем являются стимуляторами митотического цикла клетки.

В течение митотического цикла клетка проходит ряд фаз, в которых чувствительность к различным воздействиям значительно меняется. Клеточный цикл в соответствии с современной моделью делится на следующих четыре периода: период митоза или фаза «М»; период «S» (период синтеза), в котором происходит синтез ДНК, РНК и белка; период G₁ (от «gap»-интервал) между М и S, или период покоя клетки, и период G₂ между S и М (премитотический период).

Продолжительность фазы S обычно составляет около 6-8 часов. Те воздействия, которые обладают способностью вмешиваться в синтез ДНК, оказывают повреждающее действие в этот период. В конечном итоге митоз может не наступить или могут возникнуть генетические дефекты, нарушающие жизнеспособность клетки.

Продолжительность фазы G₂ в среднем 0,5-1,5 часа. Синтез РНК и белка продолжается в этой фазе, что, как видно, необходимо для обеспечения клетки энергией во время митоза. Длительность митоза (фаза М) определяется для тканей млекопитающих в пределах 0,5-2,5 часа. В течение фазы М синтез белка находится на низком уровне, а синтез РНК ограничен ранней профазой и поздней гелофазой. Фаза G₁ является главной переменной в длительности клеточного цикла.

В дальнейшем был выделен дополнительно период, характеризующий выход из митотического цикла — G₀. Так, «дремлющие» опухолевые клетки, не претерпевающие митозов, нередко в течение многих лет находятся в фазе G₀, будучи рефрактерными ко многим воздействиям. Но затем они могут вновь включиться в митотический цикл. Поэтому отношение числа пролиферирующих клеток к общему числу клеток популяции получило наименование пролиферативного пула.

Механизм, который переключает клетки на путь синтеза ДНК и митоза, во многих отношениях остается неясным. Однако многие гормоны играют в этом механизме существенную роль. Хотя механизм, поддерживающий постоянный размер популяции нормальных клеток, невыяснен, имеется ряд доказательств, что этот эффект в значительной степени достигается за счет действия так называемых келонов. Если концентрация келонов уменьшается, то митотическая активность возрастает, и, наоборот, показано, что активность келонов некоторых тканей усиливается гормонами, например адреналином.

В этом отношении представляет интерес, что концентрация адреналина уменьшается во время сна, тогда как количество митозов в этот период возрастает.

Секреция гормона роста, напротив, увеличивается в ночные часы, причем существует «ночной пик» его концентрации в крови. Возможно, увеличение концентрации гормона роста в ночные часы имеет отношение к механизму стимуляции митозов.

Суточный ритм секреции глюкокортикоидов также, вероятно, имеет отношение к митотической активности, что несомненно, по крайней мере, для лимфоидной ткани. Наконец, большая группа гормонов — ФСГ, АКТГ, меланотропин, пролактин, тиреотропин, эстрогены, андрогены, эритропоэтин — обладает способностью стимулировать митозы в специализированных тканях-мишенях.

Очень важно отметить, что в доброкачественных опухолях, по крайней мере, в некоторых из них, сохраняется циркадный (суточный) митотический ритм. Поэтому было высказано предположение, что уменьшение концентрации келонов или снижение чувствительности клеток к их ингибирующему действию происходит при прогрессии опухоли.

Вместе с тем и некоторые злокачественные опухоли сохраняют чувствительность как к митотическому, так и антимитотическому действию тропных гормонов, что имеет много примеров, относящихся, в частности, к раку молочной железы, эндометрия и щитовидной железы.

Существуют также данные и о других факторах, определяющих митотическую активность, причем гормоны, как видно, участвуют в механизмах регуляции и этих систем поддержания размеров нормальной клеточной популяции. Одной из кардинальных систем ограничения клеточной популяции является контактное торможение клеток, происходящее на уровне клеточных мембран.

Существенное значение в осуществлении контактного торможения имеет концентрация в клеточных (плазматических) мембранах кислых мукополисахаридов, сиаловой кислоты, холестерина, определяющих физико-химический ионный эффект на поверхности клеток, а также уровень цАМФ, цГМФ и кальция.

Так как действие большинства гормонов также осуществляется на уровне клеточных мембран, то нельзя исключить, что некоторые гормоны могут существенно изменять их ионный потенциал, в частности путем регуляции утилизации глюкозы.

Активность лизосомального аппарата также принимает участие в регуляции размеров клеточной популяции, энзиматически разрушая клетки собственной популяции. Роль глюкокортикоидов, которые ингибируют активирующее действие некоторых веществ на лизосомы, например витамина А, хорошо известна. Предполагается, что стимуляция пролиферации в специфических тканях под влиянием эстрогенов и андрогенов также регулируется путем освобождения гидролаз из лизосом.

В опухолевой ткани различные факторы, влияющие на скорость гибели клеток, играют очень существенную роль, в конечном итоге определяя реальную скорость роста опухоли. Так, в частности, показано, что клетки лимфомы Бэркита имеют потенциальное время удвоения (т. е. время удвоения при отсутствии потери клеток), равное 24-48 часам, тогда как удвоение объема опухоли происходит за несколько недель.

Среди ряда факторов, вызывающих гибель клеток, определенное значение имеют и взаимоотношения между опухолью и организмом-хозяином, в значительных пределах регулируемые гормонами. Так, например, при избытке в организме глюкокортикоидов создаются условия для пролиферации опухолевых клеток. Этот эффект обеспечивается различными влияниями, в частности, за счет иммунодепрессивного действия глюкокортикоидов с усилением лизиса лимфоцитов, что приводит к увеличеню пула глюкогенных аминокислот и тем самым возникновению относительной гипергликемии.

4. Что такое жизненный цикл клеток?

Клеточный цикл  — это период существования клетки от момента её образования путем деления материнской клетки до собственного деления.

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 яиц иглокожих, 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.

Фазы клеточного цикла эукариот

Клеточный цикл эукариот состоит из двух периодов:

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

• Периода клеточного деления, называемый «фаза М» (от слова mitosis — митоз).

Интерфаза состоит из нескольких периодов:

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

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

• G₂-фазы, во время которой идет подготовка к митозу.

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:

• кариокинез (деление клеточного ядра);

• цитокинез (деление цитоплазмы).

В свою очередь, митоз делится на пять стадий, in vivo эти шесть стадий образуют динамическую последовательность.

Описание клеточного деления базируется на данных световой микроскопии в сочетании с микрокиносъемкой и на результатах световой и электронной микроскопии фиксированных и окрашенных клеток.

Регуляция клеточного цикла

Закономерная последовательность смены периодов клеточного цикла осуществляется при взаимодействии таких белков, как циклин-зависимые киназы и циклины. Клетки, находящиеся в G₀ фазе, могут вступать в клеточный цикл при действии на них факторов роста. Разные факторы роста, такие как тромбоцитарный, эпидермальный, фактор роста нервов, связываясь со своими рецепторами, запускают внутриклеточный сигнальный каскад, приводящий в итоге к транскрипции генов циклинов и циклин-зависимых киназ. Циклин-зависимые киназы становятся активными лишь при взаимодействии с соответствующими циклинами. Содержание различных циклинов в клетке меняется на протяжении всего клеточного цикла. Циклин является регуляторной компонентой комплекса циклин-циклин-зависимая киназа. Киназа же является каталитическим компонентом этого комплекса. Киназы не активны без циклинов. На разных стадиях клеточного цикла синтезируются разные циклины. Так, содержание циклина B в ооцитах лягушки достигает максимума к моменту митоза, когда запускается весь каскад реакций фосфорилирования, катализируемых комплексом циклин-В/циклин-зависимая киназа. К окончанию митоза циклин быстро разрушается протеиназами.

Контрольные точки клеточного цикла

Для определения завершения каждой фазы клеточного цикла необходимо наличие в нем контрольных точек. Если клетка «проходит» контрольную точку, то она продолжается «двигаться» по клеточному циклу. Если же какие-либо обстоятельства, например повреждение ДНК, мешают клетке пройти через контрольную точку, которую можно сравнить со своего рода контрольным пунктом, то клетка останавливается и другой фазы клеточного цикла не наступает по крайней мере до тех пор, пока не будут устранены препятствия, не позволявшие клетке пройти через контрольный пункт. Существует как минимум четыре контрольных точки клеточного цикла: точка в G1, где проверяется интактность ДНК, перед вхождением в S-фазу, сверочная точка в S-фазе, в которой проверяется правильность репликации ДНК, сверочная точка в G2, в которой проверяются повреждения, пропущенные при прохождении предыдущих сверочных точек, либо полученные на последующих стадиях клеточного цикла. В G2 фазе детектируется полнота репликации ДНК и клетки, в которых ДНК недореплицирована, не входят в митоз. В контрольной точке сборки веретена деления проверяется, все ли кинетохоры прикреплены к микротрубочкам.

Нарушения клеточного цикла и образование опухолей

Увеличение синтеза белка p53 ведет к индукции синтеза белка p21 — ингибитора клеточного цикла

Нарушение нормальной регуляции клеточного цикла является причиной появления большинства твердых опухолей. В клеточном цикле, как уже говорилось, прохождение контрольных пунктов его возможно только в случае нормального завершения предыдущих этапов и отсутствия поломок. Для опухолевых клеток характерны изменения компонентов сверочных точек клеточного цикла. При инактивации сверочных точек клеточного цикла наблюдается дисфункция некоторых опухолевых супрессоров и протоонкогенов, в частности p53, pRb, Myc и Ras. Белок p53 является одним из факторов транскрипции, который инициирует синтез белка p21, являющегося ингибитором комплекса CDK-циклин, что приводит к остановке клеточного цикла в G1 и G2 периоде. Таким образом клетка, у которой повреждена ДНК, не вступает в S-фазу. При мутациях, приводящих к потере генов белка p53, или при их изменениях, блокады клеточного цикла не происходит, клетки вступают в митоз, что приводит к появлению мутантных клеток, большая часть из которых нежизнеспособна, другая — дает начало злокачественным клеткам.

5. Приведите примеры жизненных циклов клеток, относящихся к равным по характеру пролиферативной активности типам тканей.