Клітинний цикл. Мітоз.

Клітини зазвичай розмножуються поділом. Період існування клітини між початками її двох послідовних поділів або ж від початку поділу до загибелі називають клітинним циклом.Клітинний цикл складається з періодів поділу та проміжку до початку наступного поділу - інтерфази. Тривалість клітинного циклу у різних організмів не однакова: у бактерій за оптимальних умов вона становить усього 20-30 хв, у клітин еукаріотів - 10-80 годин і більше.

Інтерфаза - період між двома послідовними поділами клітини або від завершення останнього поділу до загибелі клітини. В інтерфазі клітина росте, синтезує органічні сполуки та запасає енергію у вигляді особливого типу хімічного (макроергічного) зв'язку. В інтерфазі розрізняють три послідовні етапи (періоди). Процеси біосинтезу інтенсивно відбуваються на синтетичному етапі. У цей час подвоюються молекули ДНК, хроматиди, центріолі, поділяються мітохондрії та пластиди тощо. Етап між завершенням попереднього поділу і синтетичним етапом називають передсинтетичним, а між завершенням синтетичного етапу і початком наступного поділу - післясинтетичним. Тривалість інтерфази зазвичай не перевищує 90 % часу всього клітинного циклу. Досягнення клітиною певних розмірів часто спонукає її до початку наступного поділу.


Основним способом поділу еукаріотичних клітин є мітоз (від грец. мітос - нитка). Він супроводжується ущільненням хромосом й утворенням особливого веретена поділу, яке забезпечує впорядкований розподіл спадкового матеріалу дочірніми клітинами.

Мітоз складається з чотирьох послідовних фаз: профази, метафази, анафази і телофази та триває від кількох хвилин до 2-3 годин.

 Профаза (мал I, II) починається з ущільнення ниток хроматину: хроматиди вкорочуються і потовщуються (спіралізуються). Завдяки цьому під світловим мікроскопом можна розглянути будову хромосом (зокрема, знайти первинну перетяж­ку) і підрахувати їхню кількість. Поступово зменшуються і зникають ядерця; зазвичай під час поділу ядерна оболонка розпадається (за винят­ком деяких одноклітинних тварин, водоростей і грибів), внаслідок чого хромосоми потрапляють до цитоплазми. Водночас починає формуватися веретено поділу.

Метафаза (мал III, IV) - завершення переміщення хромосом і формування веретена поділу. Хромосоми «вишиковуються» в одній площині в централь­ній частині клітини таким чином, що центромери гомологічних хромосом опиняються майже на одній лінії. До кінетохорів окремих хромосом приєднуються нитки веретена поділу.

Анафаза (мал V) - найкоротша фаза мітозу. У цей час хроматиди кожної з хромосом розходяться до різних полюсів клітини.

Телофаза  (мал VI) - триває від завершення розходжен­ня хроматид до утворення дочірніх клітин. На початку тело­фази хромосоми видовжуються та перестають бути помітними під світло­вим мікроскопом (деспіралізуються). Навколо кожного із приполярних скупчень хроматид формується ядерна оболонка, з'являються ядерця, тоб­то утворюються ядра дочірніх клітин. Наприкінці телофази зникає вере­тено поділу, поділяється цитоплазма та остаточно формуються дочірні клі­тини.

Біологічне значення мітозу. Мітотичний поділ забезпечує точну пере­дачу спадкової інформації від материнських клітин дочірнім протягом будь-якої кількості послідовних клітинних циклів. При цьому збері­гаються постійність числа хромосом та вмісту молекул ДНК в ядрі в усіх дочірніх клітинах. Отже, процес мітозу забезпечує стабільність каріотипів, тобто слугує умовою існування біологічних видів протягом зміни великого числа поколінь.

Загибель клітин.
Розрізняють два типи загибелі клітин. Частіше вона настає внаслідок ушкодження (порушення проникності) плазматичної мембрани, необоротних змін насамперед ядра і мітохондрій, що призво­дить до припинення їхніх функцій. Такі процеси називають некрозом. Зазвичай відмирають значні групи клітин. Некрози розвиваються при багатьох важких захворюваннях людини, наприклад інфаркті міокарда (відмирання ділянок м'язової серцевої тканини). Крім того, у некротичних ділянках виникають запалення (при розвитку злоякісних пухлин тощо).

Клітини можуть гинути й без фізичних ушкоджень або впливу токсичних сполук. Відомо, що певні клітини характеризуються певною спадково запро­грамованою тривалістю життя. Внаслідок старіння гинуть клітини, які втрачають здатність до поділу (нейрони, еритроцити, ситоподібні трубки тощо). При цьому вони зазнають значних змін: ущільнюється хроматин, ядро роз­падається на окремі частини (фрагментація), зменшується об'єм цитоплазми тощо. Цей процес має назву апоптоз. Апоптоз - запланована загибель клітин, а некроз - незапланована.

Регуляція клітинного циклу.
На сьогодні вчені встановили, що всі етапи клітинного циклу підлягають гуморальній регуляції. Ферментатив­на регуляція перебігу основних подій клітинного циклу здійснюється в так званих контрольних пунктах, де він у разі помилок може бути зупинений. Причиною переривання буває нестача поживних речовин, порушення механізмів росту, подвоєння молекул ДНК та роз­ходження хроматид, зовнішні впливи тощо.

«Контрольний пункт» наприкінці передсинтетичного етапу (С1/8) вста­новлює ступінь готовності клітини до продовження клітинного циклу. В разі успішного проходження цього етапу клітина синтезує органічні ре­човини та росте. Перевірку належного завершення інтерфази, зокрема правильність подвоєння ДНК, здійснює «контрольний пункт» наприкінці післясинтетичного етапу (С2/М). Чинники, які руйнують молекули ДНК або затримують їхнє подвоєння, можуть зупинити цикл на цьому етапі. Контрольний пункт у завершальній частині метафази відповідає за пра­вильність розміщення хромосом у центральній частині клітини та їхнє приєднання до ниток веретена поділу.

Регуляцію клітинного циклу забез­печують складні молекулярні меха­нізми, головний з яких - приєднання (або від'єднання) ортофосфатних груп до певних амінокислот у складі особливих білків, що змінює їхню активність.

На плазматичних мембранах клітин розташовані чис­ленні білки-рецептори, чутливі до факторів росту. Коли фактори росту зв'язуються з мембранними рецепто­рами, то посилюються сигнали, які стимулюють поділ клітини.

Відомо понад 50 різних білків, які функціонують як фактори росту, але їх, поза сумнівом, більше. Кожний рецептор «впізнає» певний ростовий фактор за формою частини його моле­кули. Якщо клітини позбавлені відповідних факторів росту, то їхній цикл завершується на передсинтетичному етапі.

Регуляція клітинного циклу залежить від взаємодії специфічних білків з відповідними ферментами. Клітини також отриму­ють сигнали від білків, які називають факторами росту, оскільки вони впливають на поділ клітин.

Рак і контроль росту клітин. Прикладом порушення регуляції клітин­ного циклу є нестримний поділ клітин, що слугує показником ракових (онкогенних) захворювань. Дослідники виділили ген, який несе інформа­цію про фермент, що контролює цілісність ДНК. Якщо такий фермент виявляє ушкоджену ДНК, він зупиняє поділ та активує інші ферменти, необхідні для відновлення структури ДНК, після чого мітоз продовжуєть­ся. Якщо відновити молекулу ДНК не вдається, цей фермент стимулює апоптоз. Виявлено, що він відсутній або ушкоджений у ракових клітинах. Учені виявили численні гени (понад 50), які у разі потрапляння в клітину.

Передача факторів росту в клітину: фактор росту взаємодіє з рецепторною мо­лекулою плазматич­ної мембрани і потрапляє всереди­ну клітини. Завдяки комплексу фермен­тів він проникає в ядро здатні перетворювати її на ракову. Це нормальні гени, які внаслідок по­шкодження стають онкогенними (тобто такими, які можуть спричинити неконтрольований поділ клітини). Ці гени по-різному взаємодіють із факто­рами росту. Водночас є гени, які пригнічують утворення ракових пухлин.