Медицинская биология лекция размножение на клеточном уровне жизненный

Медицинская биология лекция размножение на клеточном уровне жизненный цикл и деление клетки митоз амитоз мейоз

Содержание лекции • • Клеточный цикл Организация клетки во времени Способы деления клетки Нарушения митоза и мейоза Факторы роста Жизнь клетки вне организма Клонирование клеток

• В организме человека из одной зиготы в результате митотических циклов образуется 247 = 1014 клеток • В организме 200 разных клеток

Классификация клеток по способности к делению • • Недифференцированные стволовые клетки (постоянно делятся, унипотентны) Мультипотентные, плюрипотентные стволовые клетки Дифференцированные клетки: а) (длительное время могут не делиться, Дифференцированные клетки б) (теряют способность к делению и переходят к фазе терминальной дифференцировки), в) Долгоживущие дифференцированные терминальные клетки (функционируют всю жизнь) • • • Клетки базального слоя эпителия кожи, клетки эпителия кишечника, клетки семенных канальцев Стволовые клетки красного костного мозга образуют клетки крови. Эмбриональные стволовые клетки Гепатоциты, клетки селезенки. Лимфоциты • Эритроциты, гранулярные клетки кожи, клетки хрусталика глаза • Жировые клетки, кардиомиоциты, фоторецепторы (палочки, колбочки), клетки скелетной мускулатуры

Организация жизни клетки • Клеточный или жизненный цикл – период от момента образования клетки до ее гибели или до конца следующего деления (рост, дифференцировка, выполнение функций, периоды покоя, подготовка к делению, деление) • Митотический (пролиферативный) цикл – период подготовки клетки к делению (интерфаза) и само деление (митоз). • В эмбриональный период МЦ продолжается 6 часов, у взрослого человека – несколько суток

Митотический цикл. Митоз – способ деления соматических клеток

интерфаза • Пресинтетический период- G 1. • Формула - 2 n 2 c, хромосомы однохроматидные. • Рост клетки, выполнение функций, синтез РНК, белков, нуклеотидов ДНК, увеличивается количество рибосом, из цитоплазмы в ядро поступает до 90% белков. • Часть клеток из этой фазы переходит в фазу G 0, функционирует и погибает без деления, • Составляет 30 – 40% клеточного цикла, длится 10 – 12 часов. • • • Синтетический период-S. Формула - 2 n 4 c, хромосомы двухроматидные. Репликация молекул ДНК. Удваивается количество гистонов, составляет до 50%, длится 8 – 10 часов.

• Постсинтетический период - G 2 составляет 10 – 20%, длится 3 – 4 часа, • формула - 2 n 4 c, хромосомы двухроматидные, • клетка готовится к митотическому делению, накапливается энергия, • синтезируется РНК, ядерные белки, белки ахроматинового веретена деления (тубулины). Меняется вязкость цитоплазмы, изменяется ядерно- цитоплазматическое соотношение от 1/6 до 1/89. • Клетка начинает делиться.

Фазы митоза • Профаза: спирализация хромосом, растворение ядрышек и ядерной оболочки, увеличение объема ядра, расхождение центросом к полюсам клетки, формирование нитей веретена деления и их прикрепление к центромерам хромосом. Хромосомы устремляются к экватору клетки. 2 n 2 хр 4 с • Метафаза: спирализация хромосом достигает максимума, они располагаются в одной экваториальной плоскости (метафазная пластинка). 2 n 2 хр 4 с

• Анафаза: быстрая репликация центромерных участков ДНК, деление хромосом на две хроматиды, сокращение нитей веретена деления, расхождение хроматид (дочерних хромосом) к полюсам. 2 n lxp 2 c • Телофаза: формирование оболочек ядер будущих дочерних клеток, деспирализация хромосом, появление ядрышек, исчезновение митотического аппарата. Митоз заканчивается цитокинезом. Образуется 2 клетки, в которых набор генетического материала 2 n lxp 2 c.

• Причины наступления митоза: • изменение ЯЦС, • “митогенетические лучи”, действие раневых гормонов. • Митотический индекс (МИ) – показатель митотической активности ткани, характеризует удельное значение фракции клеток, находящихся в митозе, на 1000 изученных в цитологическом препарате

Категории клеточных комплексов (по митотической активности) • Стабильные (низкая митотическая активность) — митозы не обнаруживаются (нейроны, кардиомиоциты), клетки сохраняются всю жизнь. • Растущие (средняя митотическая активность) — в стадии митоза отдельные клетки. Из таких клеточных комплексов состоят почки, некоторые железы, мышцы. • Обновляющиеся (высокая митотическая активность) — группы однородных клеток с большим числом митозов. Число образующихся клеток восполняет число погибающих — ежедневно гибнет 7 х1010 клеток кишечного эпителия с продолжительностью жизни 2 дня, 2 х109 эритроцитов (живут 125 дн. ). Клетки кожного эпидермиса, ткань семенников и кроветворных органов.

Регуляция митоза • Внутриклеточные факторы регуляции митоза: стимулирующие – циклинзависимые киназы и факторы роста ( образуются в эмбриональный период, пример cdk – протоонкогены; MRF – «фактор созревания» регулирует все события митоза); • останавливающие митоз – супрессоры опухолевого роста, например, P-53 «страж генома человека» принимает участие в остановке митоза и запуске процессов апоптоза.

Нарушения митоза – соматические мутации, по наследству не передаются, являются причиной соматических заболеваний (болезни клеточного цикла) • Морфофизиологическая классификация выделяет 3 типа патологических митозов: • повреждения веретена деления митотического аппарата (геномные мутации), • повреждения хромосом (хромосомные мутации), • нарушения цитокинеза.

Биологическое значение митотического цикла • ОБЕСПЕЧИВАЕТ: • Преемственность хромосом в ряду клеточных делений, • Поддержание постоянства числа хромосом, • Равномерное распределение хромосом и генетической информации между дочерними клетками

Эндомитоз • ЭНДОМИТОЗ - умножение числа хромосом в ядрах растений и животных без деления ядра. • Эндомитоз — процесс, при котором клетка проходит S-период клеточного цикла с последующим разделением ядра, но без разделения цитоплазмы (G 1 — S — G 2 — G 1; М-фаза отсутствует). • Результатом эндомитоза является образование полиплоидных клеток с кратным увеличением хромосомного набора ( 4 с, 8 с, 16 с) без разборки ядерной оболочки (отличие с амитозом). • Эндомитоз найден в клетках регенерирующей печени, трофобласта и плаценты, мегакариоцитах костного мозга. • С генетической точки зрения эндомитоз – геномная соматическая мутация.

эндомитоз

политения • Политения – явление кратного увеличения содержания ДНК в хромосомах при сохранении их диплоидного количества. • Политения (от поли. . . и лат. taenia — повязка, лента) приводит к значительному увеличению плоидности ядер (до 32768 n у хирономуса), впервые описана французским цитологом Э. Бальбиани в 1881 г. . • Политения— результат многократных репликаций хромосом без последующего деления. • Для гигантских хромосом характерна специфичность расположения дисков, что позволяет составлять цитологические карты хромосом и изучать функциональную активность их отдельных участков. • Политенные хромосомы изучены у классического объекта генетики – Dr. melanogaster.

Политенные хромосомы

• Амитоз - прямое деление ядра, впервые был описан немецким биологом Р. Ремаком (1841); термин предложен гистологом В. Флеммингом (1882). • В отличие от митоза ядерная оболочка и ядрышки не разрушаются, веретено деления в ядре не образуется, • хромосомы остаются в рабочем (деспирализованном) состоянии, • ядро перешнуровывается, • обычно амитоз не обеспечивает равномерного деления ядра • часто амитоз следует за эндомитозом.

амитоз

амитоз • . Во время амитоза клетка сохраняет свойственную ей функциональную активность. • Во многих случаях амитоз и двуядерность сопутствуют компенсаторным процессам, протекающим в тканях (например, при функциональных перегрузках, голодании, после отравления или денервации). • Обычно амитоз наблюдается в тканях со сниженной митотической активностью.

• В большинстве случаев при амитозе возникает двуядерная клетка, при повторных амитозах могут образовываться многоядерные клетки ( клетки печени, поджелудочной и слюнных желёз, нервной системы, эпителия мочевого пузыря, эпидермиса) • Существует представление об амитозе как способе нормализации ядерно-плазменных отношений в полиплоидных клетках путём увеличения отношения поверхности ядра к его объёму. • Представления об амитозе как форме дегенерации клеток не подкрепляются современными исследованиями. • Несостоятелен и взгляд на амитоз как на форму деления клеток; имеются лишь единичные наблюдения амитотического деления тела клетки, а не только её ядра. • Правильнее рассматривать амитоз как внутриклеточную регулятивную реакцию.

мейоз

• Мейоз (от греч. meiosis — уменьшение) способ деления клеток, в результате которого происходит уменьшение (редукция) числа хромосом в два раза, • одна диплоидная клетка (содержащая два набора хромосом) после двух быстро следующих друг за другом делений даёт начало 4 гаплоидным (содержащим по одному набору хромосом).

• Перед мейозом происходит удвоение количества ДНК в клетке (интерфаза). В ходе двух делений мейоза ДНК делится поровну между 4 клетками. • В результате первого (редукционного) деления мейоза пары гомологичных хромосом разъединяются и расходятся в 2 клетки (редукция числа хромосом). Каждая хромосома сохраняет две продольные половины — хроматиды. • В результате второго (эквационного) деления хроматиды расходятся в разные клетки и каждая из 4 сестринских клеток получает по одной хроматиде.

• Первое деление мейоза принципиально отличается от митоза, а второе — это митоз в клетках с гаплоидным числом хромосом. • Во время мейоза перед редукцией числа хромосом происходит обмен участками гомологичных хромосом — кроссинговер. • Мейоз — условие формирования половых клеток (гамет). • Биологическое значение мейоза заключается в поддержании постоянства кариотипа в ряду поколений организмов данного вида и обеспечении возможности рекомбинации хромосом и генов • Мейоз длится много дольше митоза. У человека во время овогенеза мейоз ( стадия диктиотены) останавливается на срок до нескольких лет.

• Профаза I мейоза • Формула 2 n 4 c • Лептотена • Профаза I начинается со стадии лептотены: • конденсация хромосом, • сестринские хроматиды тесно сближены и каждая хромосома кажется одиночной (отдельные хроматиды не различимы вплоть до поздней профазы ).

• Зиготена • стадия спаривания хромосом. Коньюгация гомологичных хромосом. • Каждую пару хромосом, образовавшуюся в I профазе мейоза называют бивалентом, каждая гомологичная хромосома бивалента состоит из двух хроматид (тетрада). • Пахитена • обмениваются участками хроматиды из двух спаренных хромосом (кроссинговер). В пахитене перекресты еще не видны, но позднее все они проявляются в виде хиазм. X- и Y- хромосомы конъюгируют не полностью.

• Диплотена • гомологичные хромосомы начинают отталкиваться и остаются связанными только в местах хиазм • • Диакинез- заканчивается спирализация хромосом, видно, что каждый бивалент содержит четыре отдельные хроматиды , причем каждая пара сестринских хроматид соединена центромерой , тогда как несестринские хроматиды, претерпевшие кроссинговер , связаны хиазмами.

• Метафаза I-го деления мейоза • Формула 2 n 4 c • хиазмы ещё сохраняются; биваленты выстраиваются в средней части веретена деления клетки, ориентируясь центромерами гомологичных хромосом к противоположным полюсам веретена.

• Анафаза I-го деления мейоза • Формула 2 n 4 c • Гомологичные хромосомы расходятся к полюсам, • каждая хромосома пары может отойти к любому из двух полюсов, независимо от расхождения хромосом др. пар. Число возможных сочетаний при расхождении хромосом равно 2 n, где n — число пар хромосом. 223 = 8 млн. комбинаций • В отличие от анафазы митоза центромеры хромосом не расщепляются и продолжают соединять 2 хроматиды в хромосоме, отходящей к полюсу

• Телофаза I-го деления мейоза • Формула - n 2 c • у каждого полюса начинается деспирализация хромосом и формирование дочерних ядер и клеток.

Интерфаза (Интеркинез) между I-м и II-м делениями мейоза

Эквационное деление мейоза Профаза II (n 2 c), метафаза II (n 2 c), анафаза II (2 n 2 c) и телофаза II (n c) проходят быстро; при этом в конце метафазы II расщепляются центромеры, и в анафазе II расходятся к полюсам хроматиды

Анафаза II-го деления мейоза Телофаза II-го деления мейоза

Цитокинез II-го деления мейоза

Механизмы рекомбинации генов и хромосом • Результат случайного распределения разных материнских и отцовских гомологов между дочерними клетками при первом делении мейоза (8 млн. комбинаций) • Кроссинговер в профазе I мейоза ( у человека в каждой паре гомологичных хромосом кроссинговер происходит в среднем в 2 -3 точках)

Нарушения мейоза • Образование гамет с набором хромосом, нехарактерным для данного вида ( в результате нерасхождения хромосом, из таких гамет формируются неполноценные эмбрионы, большая часть погибает) • Образование гамет с хромосомами измененной структуры

Факторы роста (ФР) 10 -10 моль/л • ФР – регуляторные пептиды (тканевые гормоны) стимулируют или ингибируют деление и дифференцировку различных клеток и являются основными переносчиками митогенного сигнала клетки. • В отличие от гормонов продуцируются неспецифическими клетками. • Важны для процессов развития эмбриона и поддержания клеточного баланса взрослого организма (обновление клеток кожи, кишечника, кроветворной системы).

• Наиболее изучены: • Фактор роста тромбоцитов (ФРТ) – стимулирует переход неделящихся клеток из Go в G 1. • Инсулиноподобный фактор роста I (ИФР I) – фактор прогрессии, необходим для вступления в S – фазу. • Эпидермальный фактор роста (ЭФР) необходим в интервале между 2 и 6 часами. • Фактор роста тромбоцитов (ФРТ) активен при выходе клетки из фазы G 0. • Трансформирующий фактор (ТРФ) является ингибитором перехода из фазы G 0 в фазу G 1. • Колониестимулирующий фактор роста • Фактор роста фибробластов (ФРФ) • Фактор некроза опухолей (ФНО) • Интерлейкин - 1 • Интерлейкин -2 • Эндотелин -1.

Жизнь клетки in vitro клонирование клеток • Идея Клода Бернара • Цели культивирования: • 1 - использование культивированных клеток для репродукции и накопления вирусного материала при производстве вакцин, • 2 - получение трансгенных клеток и тканей,

• 3 - получение моноклональных антител (из одной клетки получают популяцию клонирование и если исходная клетка продуцировала антитела, то в надосадочной жидкости все молекулы антител будут одинаковы). Методика получения МКА (Г. Кёлер и Ц. Мильштейн, 1975 г. ) путём получения клеточных гибридов или путём инъекции гибридомы в брюшную полость мышки, • 4 - культивирование диплоидных клеток для получения продуктов, предназначенных для людей (первые клоны — Эрл с сотр. , 1948 г. , линия НДС WI — 38 - Хейфлик и Мурхед, 1961 г. ), • 5 - Современные направления культивирования животных клеток: получение культуры клеток и культуры органов и тканей.

• Получение культуры клеток • Клетки: (соединительной ткани человека — фибробласты, скелетные ткани — кости и хрящи, сердечные и гладкие мышцы, эпителиальные ткани, клетки нервной системы, эндокринные клетки, меланоциты • Использование: для замещения или восстановления поврежденных тканей, например, использование фибробластов при заживлении ран, эпителизации, лечении ожогов, лечении пародонтоза в стоматологии, в