Клеточный и митотический циклы

Клеточный цикл – это период жизнедеятельности клетки от момента ее образования до гибели или образования дочерних клеток.

Митотический цикл – это период жизнедеятельности клетки от деления до деления. Разные клетки обладают неодинаковой митотической активностью, поэтому в зависимости от митотической активности различают стабильные, растущие и обновляющиес я ткани.

В стабильных тканях клетки не делятся, а количество клеточной ДНК постоянно. Например, клетки центральной и периферической нервной системы не делятся. Ранее считали, что не восстанавливается численность мышечных клеток сердца – кардиомиоцитов. Однако в 1988 г.
П. П. Румянцев доказал, что кардиомиоциты могут делиться и обеспечивать регенерацию миокарда.

Растущие ткани – это ткани, в которых клетки существуют в течение всей жизни организма, но среди них имеются такие, которые делятся посредством митоза. В результате этого по мере взросления происходит увеличение размеров органов. Примером растущих тканей являются ткани почек, печени, желез внутренней секреции, скелетная и сердечная мускулатура. У взрослых организмов растущие популяции используются для регенерации поврежденных органов.

Во многих клетках обновляющихся тканей происходит митоз, в результате чего погибающие клетки заменяются вновь образующимися. К обновляющимся тканям относятся слизистые желудочно-кишечного тракта, эпидермис, костный мозг, семенники и т. д. Эпителиальные клетки, покрывающие дыхательный, пищеварительный и мочеполовой тракты, замещаются в течение нескольких дней.

Митотический цикл включает интерфазу и митоз.

Интерфаза – это период функционирования и подготовки клетки к делению. Она подразделяется на три периода:

G₁ - пресинтетический (постмитотический),

S - синтетический,

G₂ - постсинтетический (премитотический).

Обозначения: G – от английского gap – промежуток,

S – от греческого synthesis – набор, комплект, синтез.

Содержание генетической информации в клетке обозначают следующими символами:

n – количество наборов хромосом,

xp – число хроматид в одной хромосоме,

с – количество одинарных нитей ДНК в одной хромосоме.

Образовавшаяся после митоза клетка содержит диплоидный набор хромосом, каждая хромосома имеет одну хроматиду, количество нитей ДНК в хромосоме равно 2; общая формула: 2n1xp2c. Такая клетка вступает в пресинтетический период (G₁) интерфазы, продолжительность которого колеблется от нескольких часов до нескольких месяцев и даже лет. В этот период клетка выполняет свои функции, увеличивается в размерах, в ней идет синтез РНК, белков (в том числе ферментов), накапливается энергия в виде АТФ, увеличивается количество рибосом, т. е. идет подготовка к репликации ДНК.

В синтетический период (S) происходит репликация молекул ДНК, и ее содержание в клетке удваивается, т. е. каждая хроматида достраивает себе подобную, и формула содержания генетической информации к концу этого периода приобретает вид: 2n2xp4c. Одновременно клетка продолжает выполнять свои функции. Продолжительность этого периода 6 – 12 часов.

Репликация начинается от середины каждого плеча, от участка, называемого сайтом инициации репликации. Репликация идет в обоих направлениях,т. е. к теломере и центромере, однако центромерная область не удваивается.

В каждой хромосоме во время S-периода образуются группы репликационных «вилок» (20-80), которые возникают одновременно у всех хромосом. При этом «вилки» расположены парами, которые движутся в противоположных направлениях до тех пор, пока не встретят соседнюю «вилку», так что образуются две дочерние спирали.

В цитоплазме в течение S-периода удваивается каждая из центриолей клеточного центра. Материнская центриоль строит свою новую дочернюю. Центриоль, бывшая до этого дочерней, тоже строит свою пару, так что сама становится материнской. Из этих четырех центриолей лишь исходная материнская участвует в сборке микротрубочек.

В постсинтетический период (G₂) совершаются синтезы, необходимые для обеспечения непосредственно процесса деления. Количество ДНК и центриолей в клетке уже удвоено. Обе материнские центриоли окутаны фибриллярным гало и осуществляют сборку микротрубочек. В этом периоде усиливается формирование лизосом, делятся митохондрии и синтезируются новые белки, абсолютно необходимые для осуществления митоза. К концу интерфазы хроматин конденсирован, ядрышко хорошо видно, ядерная оболочка не нарушена, органеллы не изменены. Фаза G₂ продолжается до 6 часов. Содержание генетической информации не изменяется - (2n2xp4c). Клетка вступает в митоз.

На протяжении каждого из периодов интерфазы имеются так называемые критические (регуляторные) точки. При прохождении критической точки под действием определенных цитокинов митотический цикл может прерваться, и клетка выходит в резервный пул G₀. В ядре после этого начинается синтез РНК, и клетка приобретает специфическую функцию. Она может выполнять ее до естественной гибели, но может и прекратить ее, вернуться к точке прерванного цикла и продолжить деление. Это явление характерно для растущих тканей.