Регуляция клеточного цикла

Клеточный цикл

Клеточный гомеостаз – собирательное понятие, которое включает в себя: постоянство качественного и количественного состава клеточных элементов в живом организме.

Клеточный гомеостаз – регулируется двумя основными процессами: пролиферацией (делением) и клеточной гибелью.

Жизненный цикл клетки – время, от образования клетки, до её гибели, либо от одного деления до другого деления. Таким образом, жизненный цикл клетки – неотъемлемое звено клеточного гомеостаза. В организме человека 10 в 13 степени клеточных элементов, одни клетки при этом делятся другие не делятся вообще. Одни клетки делятся часто (клетки тонкого кишечники 1-2 раза в сутки) или редко (печени 1-2 раза в год).

Жизненный цикл - может варьироваться от нескольких десятков часов, до нескольких десятилетий. Клеточный цикл принято изображать графически в виде круговой диаграммы. При этом 10% времени клеточного цикла приходится на митоз. Остальные же 90% составляет интерфаза (подготовка к делению).

В свою очередь в интерфазе принято выделять несколько периодов, каждый из которых имеет своё буквенное обозначение.

 

Периоды интерфазы

I. J1 - Постмитотический (пресинтетический) период.

II. S - Синтетический период.

III. J2 – Премитотический (постсинтетический) период.

IV. J0 - Период покоя. Стоит несколько обособленно. Может отсутствовать.

J1 – Продолжительность вариабельная, от нескольких часов до нескольких десятилетий (прим. За счет возможности клеток «выпрыгивать» из J1 в J0 период и пребывать в нём неограниченное количество времени). В J1 периоде происходит активный биосинтез белка, в том числе ферментов, синтез РНК и образование рибосом, морфологическим проявлением является увеличение клетки в размерах.

J0 – Период покоя. В этом периоде клетки не делятся и не готовятся к делению, только в этом смысле данный период называют периодом покоя. Во всём остальном клетка является чрезвычайно активной.

Выход клетки j1 в j0 обусловлен необходимостью клеток дифференцироваться, то есть усложнять своё строение с целью выполнения своих строго специфических функций. Только не готовясь к делению и не делясь, клетка может взять на себя выполнение всех функций, которые были ей, уготовлены на генетическом уровне. Клетки и ткани в этом периоде принято разделять на несколько групп:

· Клетки, которые постоянно находятся в цикле и в период J0 не входят (клетки тонкого кишечника).

· Клетки способные входить в период J0 и при необходимости (при смещении клеточного гомеостаза) обратно возвращаться в клеточный цикл (гепатоциты 1-2 раза в год).

· Клетки, входящие в период J0 и остающиеся там до конца дней своих (Гранулоциты крови, кардиомиоциты, нервные клетки).

 

Этот период определяет длительность жизненного цикла у различных клеток.

S – В синтетическом периоде продолжается образование рибосом, ферментов. Но главным в этом периоде является удвоение молекулы ДНК, в момент репликации, на молекуле ДНК образуются точки активации репликации, в этот момент происходит образование репликационных вилок. Они обычно образуются в теломерных участках хромосом и двигаются в противоположных направлениях, пока не достигнут конечных участков теломер или центромер. В ходе прохождения репликационных вилок молекула ДНК не только расшивается, но и образуется в ходе полимеризации нуклеотидов, точная копия молекулы ДНК, за счёт работы ферментов ДНК полимераз. Учёными было подсчитано, что для полной репликации молекулы ДНК, должно быть затрачено порядка 800 часов. Поэтому на каждой хромосоме образуется сразу несколько вилок, которые образуются одновременно и двигаются со скоростью 50 нуклеотидов в секунду, в результате чего репликация ДНК занимает 6-8 часов. В S периоде клетка должна удвоить молекулу ДНК, если это произошло, то клетка в обязательном порядке разделится. Если точка старта, по какой-то причине блокируется, и клетка не может её преодолеть, её последующее деление находится под вопросом.

J2 – постсинтетический. В j2 продолжается биосинтез белков, при этом активно синтезируются гидролитические белки, для аппарата внутриклеточного пищеварения и происходит образование лизосом. Здесь же образуются белки тубулины, необходимые для построения нитей веретена деления, в этом же периоде происходит удвоение центриолей клеточного центра. Если все вышеописанные процессы имеют завершенный характер, клетка является подготовленной к митозу и в дальнейшем она обязательно разделится.

 

Митоз

Митоз – непрямое деление, которое является стадийным процессом и характеризуется сменой строго упорядоченных фаз. Митоз включает в себя профазу, метафазу, анафазу, телофазу.

Профаза - происходит расхождение диплосом клеточного центра к полюсам клетки, в области сателлитов клеточного центра начинается полимеризация белка тубулина и образование нитей веретена деления. При этом образуются микротрубочки различных типов:

Астральные - формирующие лучистую сферу вокруг клеточного центра.

Экваториальные – микротрубочки, тянущиеся к противоположному полюсу и переплетающиеся с таковыми растущими от другой диплосомы.

Кинетохорные – фиксируются в области кинетохоров, центромерных участков хромосом. Веретено деления имеет компактное расположение в области полюсов и более близки к центру. Происходит растворение под действием лизосомальных ферментов ядерной оболочки и хромосомы оказываются в едином цитоплазматическом компарменте. Сами хромосомы спирализуются, конденсируются и напоминают рыхлый клубок. Отсюда эту стадию напоминают стадией рыхлого клубка. В этой стадии между гомологичными хромосомами происходит кроссинговер, то есть обмен генами между двумя гомологичными хромосомами, что необходимо для повышения внутривидового разнообразия.

Метафаза – в метафазе D хромосомы, состоящие из двух хроматид, выстраиваются в экваториальной плоскости, образуя материнскую пластинку или материнскую звезду. При этом D хромосомы располагаются в перпендикулярной плоскости относительно оси проведенной между двумя полюсами дочерних будущих клеток, центромерные участки обращены к полюсам клетки, теломерные участки обращены к экваториальной плоскости.

Анафаза – является самой короткой фазой и характеризуется расхождением сестринских хромосом в полюсам дочерних клеток. В основе расхождения лежит действие особых белов транслокаторов а так же способность тубулина деполимеризоваться. В ходе деполимеризации трубочки укорачиваются и разводят C хромосомы к полюсам клетки, при этом происходит расхождение диплосом. В конце анафазы активируются актиновые микрофиломенты, и в области экватора начинается формирование борозды разделяющей в будущем клетку на 2 дочерние.

Телофаза – происходит активный цитокинез. Разделение клетки на 2 дочерние в результате актомиозионовой борозды, которая проходит вдоль всего экватора клетки. При этом клеточная оболочка не повреждается, потому что в неё встраиваются мембранные пузырьки, содержащие фосфолипиды. В области контакта хромосом с мембранными пузырьками происходит образование микроядер, потом микроядра сливаются, и образуется одно общее ядро в кариолемме, которого восстанавливаются поровые комплексы, происходит D фосфолерирование белков и деспирализация белков и самих хромосом восстанавливается одно или несколько ядрышек в цитоплазме идёт образование канальце ЭПС и диктиосом комплекса Гольджи. Восстанавливается функциональная активность клетки, которая была снижена в процессе митоза, таким образом, образовались 2 дочерние клетки, которые являются точными копиями материнской клетки.

 

Регуляция клеточного цикла

Клеточный цикл находится под точным и чутким контролем под воздействием различных сигнальных систем. В клеточном цикле влиянию подвержена митотическая фаза. В последние годы установлено, что для активации и поддержания митотической фазы необходимо присутствие особого белка митоз стимулирующий фактор, к этому фактору клетка чувствительна практически во всех стадиях. Для работы М фактора необходимо наличие другого белка – циклина. Циклин работает в комплексе с циклин зависимыми киназами. Сначала происходит связывание с циклином, потом фосфорелирование М фактора. Чтобы митотическая фаза могла пройти полостью необходим Стимулирующий фактор, но надо активировать циклином и цикл зав киназами.

Кейлоны и антикейлоны - Тканевые гормоны которые вырабатываются разнообразными клтками различных тканей и действуют на клетки этой же ткани. Эти гормоны дают Аутокринный эффект реже эндокринный и парикриный эффект.

Кейлоны подавляют пролиферативную активность, антикейлоны стимулируют пролиферативную активность. Между ними существует равновесие. Как только оно нарушается организм заболевает. Если в ткани преобладают кейлоны – дегенеративный эффект. Антикейлоны – опухоли. Впервые они были обнаружены у эпителиальных тканей.

Цитокины – низкомолекулярные белки, которые вырабатываются клетками лейкоцитами и их производными, так например цитокины которые вырабатываются моноцитами и макрофагами получают название монофины. Цитокины вырабатываются лимфоцитами – интерликины. Сейчас все разновидности цитокины называют интерлейкины. Цитокины оказывают парокринный и аутокринный и эндокринный эффект, они обладают достаточной специфичностью и действуют на клетки такого же вида. Так, например, интерликин 2 стимулирует пролиферацию и дифференцировку т лимфоцитов, интерликин 4 стимулируется пролиферацию и дифференцировку б лимфоцитов, интерликин 6 – синтез защитных белковых молекул.

Следующие регуляторы жизненного цикла это факторы роста. Ростовые факторы это факторы роста и вырабатываются неспецифическими молекулами, наиболее распространенные эпидермальный фактор роста, которые вырабатываются клетками слюнных желез. Стимулируют пролиферативную активность клеток тканей, именно этот фактор является одни из звеньев в патогенезе опухолей.

Инсулиноподобный фактор – несмотря на своё название к инсулину не имеет отношения. Он стимулирует активность жировой и соединительной ткани.

Фактор роста нервов – фактор роста нервов восстанавливается как клетками нейронов, так и клетками астроцитной глии, фактор роста нервов направляет рост отростков нервных клеток как в эмбриональном периоде так и у взрослого человека.

Тромбоцитарный фактор – вырабатывается при активации тромбоцитов, например при повреждении сосудистой стенки. Данный фактор способствует агрегации развитию тромба развитию реакции и послеюущему закртию.

Стимулирующие факторы протоанкогены – гены стимулирующие синтез ферментов стимулирующих пролиферативную активность, антианкогены - подавляют синтез ферментативных белков стимулирующих митоз.

Туморнекротический фактор – связываясь с поверхностными рецепторами, запускает в них самопроизвольную клеточную гибель (апоптоз)

 

Клеточная гибель

В настоящее время принято выделять несколько вариантов клеточной гибели:

· Апоптоз

· Некроз

· Образование клеточных ловушек (нейтрофильных ловушек)

Апоптоз (опадающие листья) – особый генетически запрограммированный и регулируемый и тип гибели клеток путем её разделения на части. Это высокорегулируемый процесс. Биологический смысл – выведение из организма стареющих клеток, мутантных клеток, клеток заражённых вирусом и просто излишних клеток, апоптоз образно называют клеточным самоубийством.

Некроз – гибель клетки в результате несчастного случая (при получении клеткой повреждения несовместимого с жизнью).

 

 

	Апоптоз	Некроз
Длительность	1.5- 2 часа, полный через 10	Дни, недели или даже месяцы
Сколько клеток умирает	единичные клетки	целые клеточные пласты
Повреждение мембран	биомембраны не повреждаются, то есть сохраняются все оболочки	всегда происходит повреждение мембран.
Воспаление	Нет воспаления	Всегда есть воспаление т.к при повреждении мембран содержимое выходит из органоидов, клетка переваривает себя, а потом всё вокруг. В ответ, на что из кровеносных сосудов устремляются лейкоциты, которые фагоцитируют продукты распада и погибают, образуя гнойные массы, это и есть проявление воспалительной реакции.
Затраты энергии	всегда идёт при затрате энергии	идет в условиях энергодефицита

Образование клеточных ловушек – при проникновении в клетку разнообразных патогенов, из клеточного ядра происходит выброс нитей ДНК которые образуют своеобразную ловушку для патогенном, образующую сеть вокруг ядра, я в этой ловушке происходит инактивация ферментов и гибели клетки.

 

Понятие о тканях.

Ткань – это совокупность клеточных и неклеточных элементов объединенных общностью происхождения, строения, выполняемыми функциями, детерминированными процессами онтогенеза и филогенеза.

Кёлликер и Лейдиг предложили морфофункциональную классификацию тканей.

1.Покровные ткани (эпителий) – ткань состоит только из клеток и не содержит межклеточного вещества

2.Ткани внутренней среды (кровь, лимфа, все виды соединительной ткани, хрящевые и костные) – единство происхождения, единый план строения.

3.Мышечные ткани – способность к сокращению

4.Нервная ткань – интегративная функция, различных частей организма в единое целое.