Жизненный цикл клетки Митоз Клеточный

Жизненный цикл клетки Митоз

Клеточный цикл или жизненный цикл клетки • время существования клетки: – от деления до деления клетки или – от деления до смерти клетки

Клеточный цикл

• ХАРАКТЕРИСТИКА ЭТАПОВ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА Пресинтетический или постмитотический период (Gi) характеризуется активным ростом клетки, синтезом белка и РНК, благодаря чему клетка достигает исходных размеров и восстанавливает необходимый набор органелл; в течение этого периода синтезируются особые "запускающие" белки, обеспечивающие достижение клеткой определенного порога (точка R - рестрикция или ограничение), после которого она вступает в S-период.

• Период репродуктивного покоя (G 0) • если клетка не достигает точки R, она выходит из цикла и вступает в период репродуктивного покоя (G 0) для того, чтобы (в зависимости от причин остановки): • - дифференцироваться и выполнять свои специфической функции, • - выжить в условиях недостаточности питательных веществ или факторов роста, • осуществить репарацию поврежденной ДНК

• Синтетический период (S) происходит удвоение содержания (репликация) ДНК; • синтезируются белки, которые поступают в ядро из цитоплазмы и обеспечивают нуклеосомную упаковку вновь синтезированной ДНК; • одновременно удваивается число центриолей; S- период длится у большинства клеток 8 -12 часов

• . Постсинтетический или премитотический период (G 2) • в течение этого периода клетка осуществляет непосредственную подготовку к делению: • происходит созревание центриолей, • - запасается энергия, • - синтезируются РНК и белки (в частности, тубулин), необходимые для процесса деления • Митоз (М)

Митотический цикл совокупность процессов, происходящих в клетке при подготовке ее к делению и во время деления, в результате чего материнская клетка делится на две дочерние

МИТОЗ • Вступление клетки в митоз контролируется двумя факторами: М-задерживающий фактор препятствует вступлению клетки в митоз до завершения репликации ДНК, а М- стимулирующий фактор инициирует митотическое деление клетки в присутствии белков-циклинов, которые синтезируются на протяжении всего жизненного цикла клетки распадаются в ходе митоза.

Митоз • интерфаза – пресинтетический или G 1 – синтетический или S – постсинтетический или G 2 периоды • митоз – профаза – метафаза – анафаза – телофаза – цитокинез.

Митоз

Интерфаза • последовательность событий, подготавливающих митоз, подготавливающих деление. • принципиальным событием интерфазы является S-период, в ходе которого происходит редупликация ДНК.

Интерфаза • меняется плоидность клетки, кратно меняется количество генетического материала – G 1 - клетка диплоидна – S фазы клетка становится тетраплоидной – в G 2 фазу клетка вступает тетраплоидной

МИТОЗ Профаза • хромосомы спирализуются и приобретают вид нитей • ядрышко разрушается • в цитоплазме уменьшается количество органелл • начинается распад кариолеммы • центриоли клеточного центра расходятся к полюсам клетки • между ними микротрубочки образуют веретено деления

Профаза

Метафаза • заканчивается распад кариолеммы • заканчивается образование веретена деления • хромосомы выстраиваются в экваториальной плоскости клетки (метафазная пластинка) • микротрубочки веретена деления связаны с кинетохорами хромосом • каждая хромосома продольно расщепляется на две хроматиды (дочерние хромосомы), соединенные в области кинетохора

Митотические хромосомы

Метафаза

метафаза

метафаза

метафаза

Анафаза • связь между хроматидами нарушается, и они в качестве самостоятельных хромосом перемешаются к полюсам клетки • по завершении движения на полюсах собирается два равноценных полных набора хромосом

анафаза

Телофаза • реконструируются интерфаэные ядра дочерних клеток • хромосомы деспирализуются • образуются ядрышки • разрушается веретено деления • материнская клетка делитгся на две дочерние

телофаза

Регуляция клеточного цикла По уровню обновления клеток все ткани организма подразделяются на три группы. (1) стабильные клеточные популяции - состоят из клеток с полной потерей способности к делению (нейроны, кардиомиоциты). (2) растущие клеточные популяции способны к обновлению, росту, увеличению массы ткани за счет нарастания числа клеток и их полиплоидизации . долгоживущие клетки выполняют специализированные функции, но сохраняют способность вновь вступать в цикл (клетки почек, печени, поджелудочной и щитовидной желез) (3) обновляющиеся клеточные популяци и характеризуются постоянным обновлением клеток; камбиальных клеток (эпителий кишки, эпидермис, а также клетки костного мозга и крови).

• Регуляция клеточного цикла осуществляется сложной системой механизмов, обеспечивающих стимуляцию или ингибирование митотического деления клеток. Эта система основана на двух видах сигналов: • - о воздействии внешних стимулирующих (ингибирующих) факторов; • - об интактности (неповрежденности) генома; в случае повреждения генома включается система репарации (восстановления структуры) ДНК, а прохождение клеткой соответствующего периода (этапа) жизненного цикла приостанавливается.

• Наряду с уже упоминавшимися внутриклеточными регуляторами деления клетки и ее подготовки к делению (активаторы S-nepuoga, М- задерживающий фактор, М- стимулирующий фактор, циклины) су- ствуют два вида полипептидов и гликопротеинов, обладающих клеточной и тканевой специфичностью — кейлоны и антикейлоны.

• Кейлоны образуются всеми дифференцированными клетками и действуют на незрелые клетки этой же ткани, угнетая их пролиферацию. Выделение кейлонов основано на механизме отрицательной обратной связи: уменьшение численности зрелых клеток в популяции вызывает уменьшение количества выделяемых ими кейлонов.

• Снижение ингибирующего воздействия кейлонов, в свою очередь, ведет к активации митотической активности клеток. • Антикейлоны отличаются прямо противоположным эффектом: они стимулируют пролиферативные процессы в ткани.

• В клеточном цикле существуют так называемые «сверочные точки» (checkpoints), прохождение которых возможно лишь в случае нормального завершения предыдущих этапов и отсутствия поломок. Выделяют по меньшей мере четыре такие точки: точка в периоде G 1 точка в периоде S, точка в периоде G 2 и «точка проверки сборки веретена деления» в митотическом периоде.

Нарушения митоза • Выделяют 3 основных вида патологии М. – Повреждения хромосом (набухание, склеивание, фрагментация, образование мостов, повреждения центромеров , отставание отдельных хромосом при Клетка с микроядром движении, нарушение их спирализации и деспирализации , раннее разъединение хроматид, образование микроядер) – Повреждения митотического аппарата (задержка М. в метафазе, многополюсный, моноцентрический и асимметричный М. , трёхгрупповая и полая метафазы). – Нарушения цитотомии. Многоядерная клетка – Патологические М. возникают после воздействия митотических ядов, токсинов, экстремальных факторов (ионизирующее излучение, аноксия, гипотермия), при вирусной инфекции и в опухоли. Резкое увеличение числа патологических М. типично для злокачественных опухолей. Многополюсный митоз

Эндомитоз • кратное увеличение числа хромосом в ядрах клеток без образования веретена деления, разрушения ядерной оболочки и последующего деления ядра и самой клетки • приводит к полиплоидии • встречается у растений и у некоторых беспозвоночных животных

Политения кратное увеличение содержания ДНК в хромосомах при сохранении количества хромосом

Политенные хромосомы

Амитоз, прямое деление ядра, один из способов деления ядра у простейших, в растительных и животных клетках. • При амитозе, в отличие от митоза, ядерная оболочка и ядрышки не разрушаются, веретено деления в ядре не образуется, хромосомы остаются в рабочем ( деспирализованном ) состоянии, ядро или перешнуровывается или в нём, внешне неизменном, появляется перегородка; деления тела клетки — цитотомии, как правило, не происходит.

• . Реакция клеток на неблагоприятные воздействия • При повреждении окислителями и другими химическими препаратами, тяжелыми металлами, нехватке кислорода или глюкозы, повышении температуры, заражении вирусами, а также при других неблагоприятных воздействиях все клетки отвечают сходной реакцией. B ee основе лежит изменение характера экспрессии генов: усиливается синтез особой группы защитных стрессорных белков и подавляется продукция остальных видов белка.

• Стрессорные белки впервые обнаружены в клетках, подвергавшихся воздействию повышенной температуры. В связи с этим они получили название «белки теплового шока» (HSP). Различные белки этой группы обеспечивают сборку, поддержание нативной конформации (развертывание, упаковку) других белков и их взаимодействие между собой. Тем самым они предотвращают агрегацию белков и их дальнейшее повреждение при нарушении метаболизма клетки. Усиление синтеза стрессорных белков защищает клетки от повреждений и препятствует их гибели.

• . Дистрофия клетки • Дистрофией клетки называют нарушения обмена веществ, ведущие к структурным изменениям клетки. Дистрофия рассматривается как один из видов повреждения клетки. Непосредственной причиной развития клеточных дистрофий могут быть нарушения как внутриклеточных, так и внеклеточных механизмов, обеспечивающих трофику клетки. • Исходя из преобладания нарушения того или иного обмена веществ выделяют белковые, жировые, углеводные и минеральные дистрофии. При дистрофиях в клетке и межклеточном веществе накапливаются различные продукты обмена (белки, углеводы, минеральные соли, вода).

• Паранекроз отмечается при действии на клетку разнообразных сильных раздражителей (термических, механических, химических ). Термин «паранекроз» , предложенный Д. Н. Насоновым и В. Я. Александровым (1934), дословно означает состояние «вблизи смерти» . Паранекротические изменения клетки включают повышение вязкости цитоплазмы, укрупнение коллоидных частиц цитоплазмы, возрастание плотности среды цитоплазмы (уменьшение р. Н), активацию адсорбционных процессов в цитоплазме, снижение чувствительности клетки к раздражителю (повышение порога возбудимости).

• При незначительной силе раздражителя или непродолжительном воздействии более сильного раздражителя паранекроз обратим: по завершении действия раздражителя клетка может вернуться в прежнее состояние жизнедеятельности.

Некроз • клетка гибнет в результате разных внешних случайных причин (механическое воздействие, химическое, радиационное и др. ) • клетка разрушается хаотично • образуются продукты распада клетки, которые сами оказывают повреждающее действие на окружающие клетки • развивается воспалительная реакция

• Старение и клетки. • Клетки функционируют определенный период времени, заканчивающийся их старением и гибелью. Предел количества возможных делений у соматических клеток запрограммирован. При этом их пролиферативный потенциал прямо пропорционален максимальной продолжительности жизни особей данного вида и обратно пропорционален возрасту организма.

• Стареющая клетка утрачивает способность к репликации ДНК и задерживается в фазе G 1 клеточного цикла, переходя затем в G 0 -фазу. В процессе старения уменьшается содержание органоидов и объем клетки в целом, возрастает количество лизосом, накапливаются пигментные и жировые включения, вакуолизируется ядро и цитоплазма.

Апоптоз — генетически запрограммированная гибель клеток, которая приводит к "аккуратной" разборке и удалению клеток. • Морфологически апоптоз проявляется гибелью единичных, беспорядочно расположенных клеток, что сопровождается формированием округлых, окруженных мембраной телец (“ апоптотические тельца”), которые тут же фагоцитируются окружающими клетками.

Сравнительная характеристика некроза и апоптоза Признак Апоптоз Некроз Активируется физиологическими Различная в зависимости от Индукция или патологическими стимулами повреждающего фактора Распространенность Одиночная клетка Группа клеток Энергозависимая фрагментация Нарушение или прекращение Биохимические ДНК эндогенными ионного обмена. изменения эндонуклеазами. Из лизосом высвобождаются Лизосомы интактные. ферменты. Внутриядерная конденсация с Диффузная локализация в Распад ДНК расщеплением на фрагменты некротизированной клетке Целостность клеточной Сохранена Нарушена мембраны Сморщивание клеток и фрагментация с формированием Морфология апоптотических телец с Набухание и лизис клеток уплотненным хроматином Воспалительный ответ Нет Обычно есть Удаление погибших Поглощение (фагоцитоз) клеток соседними клетками нейтрофилами и макрофагами

• . Реализация генетической программы апоптоза инициируется внешними факторами: «киллерные гены» индуцируют синтез веществ, вызывающих разрушение клетки. Экспрессия «генов-спасителей» предотвращает развертывание программы апоптоза. Апоптоз является энергоемким процессом, происходящим асинхронно в отдельных клетках или мелких клеточных группах. Сигналами, вызывающими запуск программы апоптоза могут быть: нехватка стимулирующих факторов, потеря контакта с другими клетками, резкое нарушение обмена веществ.

Последовательность ультраструктурных изменений при апоптозе (справа) и некрозе (слева) 1 – нормальная клетка; 2 – начало апоптоза; 3 – фрагментация апоптотической клетки; 4 – фагоцитоз апоптотических телец окружающими клетками; 5 – гибель внутриклеточных структур при некрозе; 6 – разрушение клеточной мембраны.

Апоптоз принимает участие в следующих физиологических и патологических процессах: 1. Запрограммированном разрушении клеток во время эмбриогенеза (включая имплантацию, органогенез). 2. Гормон-зависимой инволюции органов у взрослых, например, отторжение эндометрия во время менструального цикла, атрезии фолликулов в яичниках в менопаузе и регрессия молочной железы после прекращения лактации. 3. Гибели клеток иммунной системы, как В-, так и Т-лимфоцитов. 4. Патологической атрофии гормон-зависимых органов, например, атрофии предстательной железы после кастрации. 5. Повреждении клеток при некоторых вирусных заболеваниях, например, при вирусном гепатите, когда фрагменты апоптотических клеток обнаруживаются в печени, как тельца Каунсильмана. 6. Гибели клеток при действии различных повреждающих факторов, которые способны вызвать некроз, но действующих в небольших дозах, например, при действии высокой температуры, ионизирующего излучения, противоопухолевых препаратов.

Апоптоз

Апоптоз

Апоптоз

Апоптоз

Благодарю за внимание!