Жизненный цикл клетки

1) Определение: совокупность событий от момента образования клетки (в результате деления материнской) до ее гибели или последующего деления.

2) Стадии: деление, рост, дифференцировка, активное функционирование, старение, гибель.

3) Варианты:

а) жизненный цикл клетки совпадает с митотическим циклом без Go-периода (пр.: клетки камбиальных тканей - постоянно делящиеся недифференцированные клетки, встречающиеся в быстро обновляющихся и растущих органов; благодаря камбию восполняются клеточные потери, возникающие в результате естественного старения и гибели клеток или воздействия тех или иных вредных факторов среды)

б) жизненный цикл клетки совпадает с полным митотическим циклом (с Go-периодом) (пр.: клетки кроветворной ткани; по мере размножения будущих клеточных элементов крови происходит их постепенная специализация; этот процесс осуществляется “малыми порциями” - квантами дифференцировки, которые приобретают клетки за Go-период интерфазы, когда они не делятся и не готовятся к делению)

в) клетка после выхода из митотического цикла больше не делится, растет, дифференцируется, некоторое время выполняет свои специфические физиологические функции, стареет и погибает (пр.: клетки эпидермиса кожи)

г) митотическое деление клетки блокируется на фазе цитотомии, в результате чего образуется двуядерная клетка; дальнейшая ее судьба типична для клеток, необратимо вышедших из митотического цикла: рост, дифференцировка и т.д. (пр: часть клеток печени)

д) в результате остановки митоза в анафазе образуется полиплоидная клетка (формула 4n4c) (пр: часть нервых клеток)

4) Характеристика стадий жизненного цикла

а) деление (см. Виды деления клеток)

б) рост

- сущность: увеличение массы и размеров клетки

- механизмы: преобладание анаболизма над катаболизмом, сборка органелл и других структур

- ограничения: по мере увеличения размеров клетки площадь ее поверхности прогрессивно отстает от объема (объем щара, как известно, изменяется в третьей степени, а площадь - во второй); после достижения определенного “критического” размера клетки “разрыв” между ее объемом и площадью приведет к невозможности питания и дыхания клетки, так как обмен веществ и газов осуществляется путем диффузии через плазмалемму)

в) дифференцировка

- сущность: процесс прогрессивной химической, структурной и

функциональной специализации клетки

- главные направления дифференцировки клеток:

= электрогенез (способность к генерации электрических импульсов)

= сокращение

= секреция

= экскреция (способность избирательно накапливать из внутренней среды организма конечные продукты обмена и выделять их во внешнюю среду)

= всасывание

Комментарии: все множество конкретных разновидностей клеток (а у сформировавшегося многоклеточного организма их число исчисляется несколькими десятками) легко укладывается в перечисленные выше типы дифференцировки, так как являются результатом более тонкой специализации клеточных форм в пределах каждого направления дифференцировки; пр.: разновидности желез - солевые, сальные, слизистые, белковые.

- биохимическая основа: дифференцированные клетки характеризуются

определенным набором белков (ферментных, транспортных, рецепторных, сократительных и др.), которые позволяют им выполнять свои специфические физиологические функции.

— Механизмы: регуляторные механизмы клеточной дифференцировки

сложны и многообразны и функционируют на трех основных уровнях: транскрипции, трансляции и на уровне деградации и-РНК. Регуляция на уровне транскрипции заключается в избирательной активации и репрессии генов, на уровне трансляции — избирательном вовлечении и-РНК в процесс биосинтеза белка на рибосоме, на уровне деградации и-РНК — избирательном разрушении молекул и-РНК. Необходимо подчеркнуть, что именно благодаря тому обстоятельству, что эти процессы носят выраженный избирательный характер, спектр белков, синтезируемых в том или ином виде клеток, является строго специфическим, что, как указывалось выше, составляет основу их дифференцировки.

- морфологические проявления: уменьшение ядерно-плазменного отношения (в основном, за счет нарастания объема цитоплазмы), увеличение количества органелл, в том числе и специального значения, появление включений, приобретение клеткой формы, соответствующей выполняемой функции

г) старение

- сущность: необратимый генетически запрограммированный процесс угасания общих и специальных функций клетки, сопровождающийся нарушением ее генетической, химической и структурной организации

- механизмы: поскольку единой концепции, удовлетворительно объясняющей все многообразие фактов, касающихся процесса старения клетки (организма) в настоящее время не существует, ограничимся рассмотрением факторов, играющих, на наш взгляд, важную роль в его механизме:

= мутации (экзогенные - в результате воздействия на организм неблагоприятных физических, химических и биологических (вирусы) факторов среды и эндогенные - вследствие ошибок в работе систем репликации, рекомбинации и репарации ДНК, транскрипции, трансляции)

= активация свободнорадикальных процессов окисления липидов, что сопровождается накоплением высокореакционных агентов (активных форм кислорода, перекиси водорода, свободных радикалов и др.), взаимодействующих с нуклеиновыми кислотами, белками и др. биологически значимыми соединениями

= искажение антигенной структуры клеток и развитие аутоиммунного процесса (иммунные механизмы принимают такие клетки за чужеродные и “атакуют” их)

= уменьшение количества белков-рецепторов на поверхности и внутри клеток, что приводит к нарушению их регуляции со стороны интегрирующих систем организма (нервной, эндокринной, иммунной)

= снижение способности клеток к делению

- морфологические проявления: увеличение числа дефектных органелл, появление в цитоплазме особого пигмента старения (липофусцина), грубые “поломки” хромосом (хромосомные аберрации).

д) гибель

- сущность: остановка всех жизненных процессов - дыхания, обмена веществ, общих и специальных функций и др.

- формы гибели клетки:

1. Некроз

= причинные факторы: резкое изменение окружающей клетку среды (ожег, обморожение, дефицит кислорода, изменение рН, контакт с кислотами, щелочами и др.)

= скорость процесса - высокая (от нескольких мин до одного часа)

= морфологические проявления: структурные преобразования начинаются с цитоплазмы (нарушение структуры митохондрий, разрушение лизосом), затем нарушается проницаемость плазмалеммы для ионов и воды, клетка набухает, лопается и гибнет)

2. Апоптоз

= причинный фактор: генетическая запрограммированность (имеются специальные гены, контролирующие данный процесс)

= скорость процесса - низкая (1-12 час)

= морфологические проявления: структурные перестройки начинаются с ядра (уплотнение хроматина, изменение контура кариолеммы, распад ядра на фрагменты), затем происходит постепенное сморщивание клетки, сопровождающееся усложнением контура плазмалеммы (складки, выросты), после чего клетка распадается на части (апоптозные тельца), которые поглощаются клетками-фагоцитами; апоптоз не сопровождается развитием воспалительной реакции; важную роль в инициации и развитии апопотоза играют активные формы кислорода, в избытке образующиеся в митохондриях и других мембранных структурах, некоторые митохондриальные белки, освобождающиеся в гиалоплазму в этих условиях, а также особые гидролитические ферменты - каспазы, расщепляющие различные клеточные белки

= процесс регулируется не только внутриклеточными (упоминавшиеся выше специальные гены), но и внеклеточными (лейкоциты, гормоны, антитела и др.) механизмами

= биологическое значение: наряду с митозом является важным фактором, поддерживающим постоянство клеточных популяций; обеспечивает удаление из последних генетически дефектных клеток, играет важную роль в формообразовательных процесса, протекающих в эмбриональном периоде онтогенеза (например, зачаток конечности у зародыша млекопитающего закладывается в форме ласта; в определенный момент в местах, соответствующих будущим межпальцевым промежуткам происходит запрограммированная массовая гибель клеток, в результате чего пальцы обособляются; аналогичным образом образуются лопасти и перфорации у листьев растений )

= медицинское значение: изменение интенсивности апоптоза является одним из причинных факторов возникновения врожденных уродств (волчья пасть), некоторых злокачественных опухолей и др.