Биология клетки. Клеточный цикл. Существование клетки во времени и пространстве

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

На тему:

"Биология клетки. Клеточный цикл. Существование клетки во времени и пространстве.»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Клеточный цикл — это период существования клетки от момента её образования путем деления материнской клетки до собственного деления или смерти. Ежедневно гибнет 7*10 клеток кишечного эпителия, клетки эпителия матки эритроцитов.

В статических тканях число клеток остается постоянным в течение всей жизни. Не восстанавливаются у взрослого человека женские половые клетки, клетки нервной системы.   

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.

 

Клеточный цикл эукариот состоит из трех 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).

3) мейоза.

В эмбриональном развитии продолжительность митотических циклов вначале очень короткая, позднее она значительно удлиняется.

Вначале, до стадии образования нервной трубки, размножающиеся клетки представляют собой однородную, гомогенную популяцию. Позже часть клеток выходит из деления (дифференцируются в нейроны), другие продолжают размножаться. Это ассиметричный дифф. митоз.

Регуляция пролиферации

Экзогенные факторы:

1. физические (УФЛ, а,в,у- лучи)

2. химические (лекарственные препараты)

3. биоритмы

4.токсины бактерий, грибов.

 

 

Стимулирующие: 

-умеренные дозы УФЛ

-сбалансированное питание

-активность

-соматотропный гормон

-тиреотропный гормон

-тестостерон

-инсулин

-антикейлоны

-временной фактор

Угнетающие:

-голод

-гипоксия

-гиповитаминоз

-а,в,у-лучи

-снижение функциональной  активности

-глюкокортикоиды

-женские половые гормоны

-кейлоны

-колхицин

-дневное время

-вирусы.

Интерфаза- период между двумя делениями клетки, занимает до 90% времени, а 10 % жизни приходится на митоз и цитокинез.

Интерфаза состоит из нескольких периодов:

   G1-фазы (от англ. gap — промежуток), или фазы начального роста.

Клетки синтезируют:

1) цитоплазматические белки

2) все виды РНК

3) АТФ

4)нуклеотидфосфокиназа

5) аппарат Гольджи, ЭПС, лизосомы

6) количество хромосом и число  молекул их дне выражаются  формулой 2n2c

7) В G1 синтезируются тригерные белки (U-белки), которые накапливаются в цитоплазме до определенной пороговой концентрации и тогда клетки в конце периода G1 проходят особую фазу, называемую точкой рестрикции.

Если клетка прошла точку R, то далее она переходит в следующую фазу S-период. Если же клетки не проходят точку R, то они остаются в периоде G1. Это может произойти в результате дистрофии, при снижении синтеза белка и т. д.

Клетки имеют 3 пути развития:

1 путь- клетки останавливаются  в G0 и остаются  незрелыми, но они при этом сохраняют способность к делению, это, например, стволовые клетки костного мозга.

2 путь- клетки останавливаются  в G0, становятся зрелыми, но способность к делению утрачивается (нейроны). 
3 путь- клетки останавливаются  в G0, становятся зрелыми, способность к делению сохраняется и проявляется в экстренных ситуациях.

 

   S-фазы (от англ. synthesis — синтетическая), во время которой идет репликация ДНК клеточного ядра, также происходит удвоение центриолей (если они, конечно, есть). Она происходит полуконсервативным способом. Количество хромосом- 2n4c.

Также в S-периоде происходит синтез белков-гистонов, синтезируются все виды РНК

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

-самый короткий, сопровождающийся активным биосинтезом, ускоренным распадом и-РНК гистонов, что приводит к падению их синтеза. Синтетический фермент- протекиназ, который во время профазы митоза будет разрушать ядерную оболочку = 2n4c.

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:

-митоз (деление клеточного ядра);

-цитокинез (деление цитоплазмы).

 

В свою очередь, митоз делится на четыре стадии, эти 4 стадии образуют динамическую последовательность.

1. Профаза

-хромосомы спирализуются, видны  как нити, ядерная оболочка распадается, центриоли расходятся к полюсам, происходит фрагментация ЭПС  и комплекса Гольджи, ядрышко  разрушается, нити веретена деления  образуются.

В конце профазы хромосомы расщепляются на хроматиды. Окончанием профазы является то, когда хромосомы свободно находятся в цитоплазме.

2. Метафаза

-заканчивается образование нити  веретена делениям

-хромосомы выстраиваются по  экватору

-хромосома расщепляется на 2 хроматиды

-нити веретена деления бывают 3 видов:

-кинетохорные;

-межцентриолярные;

-межполюсные

3. Анафаза. Связь между хроматидами  разрушается, происходит расщепление  вдоль, концы хроматид расходятся.

Механизмы расхождения:

1)взаимное отталкивание хроматид

2)скольжение одних нитей относительно  других

3)дополнительное расхождение полюсов  за счет удлинения межцентриолярных  нитей.

В конце анафазы на полюсах находятся 2 равноценных диплоидных набора хромосом- 4n4c.

4. Телофаза

Образуется ядерная оболочка, ядрышки. Разрушаются нити веретена деления. 4n4c

Биологический смысл митотических циклов:

1) В организме человека насчитывается 10*15 клеток. Эти клетки появились  из зиготы в результате многих  последовательных митотических  циклов.

2) Каждую минуту в организме  гибнут миллион клеток. Для сохранения  постоянства клеточного состава  необходимо,чтобы клетки делились.

3) В организме человека происходят  процессы регенерации, в основе  которой лежит клеточное деление.

Политения- образование в ядре соматических клеток некоторых двукрылых,простейших, многонитчатых (политенных хромосом). Это происходит за счет многократных репликаций. Количество ДНК увеличивается, что приводит к увеличению диаметра и длины хромосом.

 

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.

Патологические процессы:

1)отставание хромосом при расхождении  к полюсам в результате повреждения  кинетохора. Образуются клетки с  несбалансированным набором хромосом.

2)фрагментация хромосом связана  с разрывом хромосом.

3)мосты образуются вследствие  разрыва хромосом или хроматид  споследовательным воссоединением  хроматид.

4)растягивание хромосом возникает  вследствие повреждения мит.аппарата.

5)многоцентрический митоз.

6)ассим.митоз.

Патология митоза связана:

1)повреждение самих хромосом

2)патологией митотического аппарата

3)нарушениями цитотинии.

 

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 иотсутствия 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.

Циклин

Циклины — семейство белков, являющихся активаторами циклин-зависимых протеинкиназ (CDK) (CDK — cyclin-dependent kinases) — ключевых ферментов, участвующих в регуляции клеточного цикла эукариот. Циклины получили свое название в связи с тем, что их внутриклеточная концентрация периодически изменяется по мере прохождения клеток через клеточный цикл, достигая максимума на его определенных стадиях.

Каталитическая субъединица циклин-зависимой протеинкиназы частично активируется в результате взаимодействия с молекулой циклина, которая образует регуляторную субъединицу фермента. Образование этого гетеродимера становится возможным после достижения циклином критической концентрации. В ответ на уменьшение концентрации циклина происходит инактивация фермента. Для полной активации циклин-зависимой протеинкиназы должно произойти специфическое фосфорилирование и дефосфорилирование определенных аминокислотных остатков в полипептидных цепях этого комплекса. Одним из ферментов, осуществляющих подобные реакции, является киназа CAK (CAK — CDK activating kinase).