1. Биология наука о жизни, об общих закономерностях существования и развития живых существ. Место и задачи предмета в системе медицинского образования. Биология
 Скачать 0.58 Mb.
|
|
10. Поток информации в клетке. Схема реализации наследственной информации. Три основных потока информации в клетке (обеспечивают осуществление функций, дают энергию) 1. Передача генетической информации по наследству, осуществляемая с помощью механизма репликации ДНК. 2. Выражение генетической информации, закодированной в геноме, то есть её реализация с помощью белоксинтезирующей системы в индивидуальные белки. 3. Непрерывное поступление в клетку из окружающей среды питательных веществ, являющихся источником строительных материалов и энергии. Важнейшими характеристиками живой системы являются самоуправление и информационный обмен. Схема реализации наследственной информации – ген → иРНК → белок → признакИсходным пунктом системы потока информации является ДНК ,которая имеет линейную структуру и потому заключенная в ней информация также является линейной. Кульминацией потока информации является синтез белков. Химические же свойства белков определяют переход от линейной информации к трехмерной. В рассматриваемом потоке происходит перенос информации с ДНК на белок.В этом потоке информации можно выделить 2 этапа. 1. Транскрипция- ДНК передает закодированную в ней последовательность аминокислот информационной или матричной РНК посредством однонаправленного механизма,основанного на принципе комплементарности между азотистыми основаниями нуклеиновых кислот. 2.Трансляция состоящая в преобразовании линейного четырехбуквенного кода нуклеиновой кислоты в линейный двадцатибуквенный белковый код. Белок синтезирующая система включает в себя информационную РНК в качестве главного компанента набор из 20 аминокислот минимум 20 разных т-РНК играющих роль связывающих звеньев между триплетным кодом,содержащимся в иРНК и аминокислотной последовательностью полипептидной цепи набор минимум 20 различных ферментов рибосомы АТФ и АМФ генерирующую систему ферментов Процесс биосинтеза белка осуществляется на рибосомах, а хранителем генетической информации является ДНК- Для передачи информации с ДНК, нахо -дящейся в ядре, к месту синтеза белка требуется посредник. Его роль выполняет информационная (матричная) РНК, которая синтезируется на одной из цепей молекулы ДНК по принципу комплементарности. Таким образом, реализация наследственной информации в клетке осуществляется в два этапа: сначала информация о структуре белка копируется с ДНК на иРНК (транскрипция), а затем реализуется на рибосоме в виде конечного продукта — белка (трансляция). Транскрипция. Переписывание наследственной информации с ДНК на иРНК называется транскрипцией (от лат. транскрипцио — переписывание). Этот процесс происходит следующим образом. На определенном участке молекулы ДНК происходит разъединение комплементарных цепей. Вдоль одной из цепей (ее называют транскрибируемой цепью) начинает движение фермент РНК-полимераза. а ) ген б) кодон в) генетический код РНК-полимераза синтезирует из нуклеотидов молекулу иРНК, при этом транскрибируемая цепь ДНК используется в качестве матрицы (рис. 65). Полученная иРНК комплементарна участку транскрибируемой цепи ДНК, значит, порядок нуклеотидов в иРНК строго определен порядком нуклеотидов в ДНК Например, если участок транскрибируемой цепи ДНК имеет последовательность нуклеотидов А Ц Г Т Г А, то соответствующий участок молекулы иРНК будет иметь вид У Г ЦАЦУ (обратите внимание, что в состав нуклеотидов РНК вместо тимина входит урацил). Таким образом, в результате транскрипции генетическая информация переписывается с ДНК на иРНК Транскрипция может происходить одновременно на нескольких генах одной хромосомы и на генах, расположенных в разных хромосомах. Поскольку в одной молекуле ДНК содержится множество генов, очень важно, чтобы РНК-полимераза начинала синтез иРНК со строго определенного участка ДНК- Поэтому в начале каждого гена находится особая специфическая последовательность нуклеотидов, называемая промотором. РНК-полимераза распознает промотор, взаимодействует с ним и начинает синтез цепочки иРНК с нужного места. Фермент синтезирует иРНК, присоединяя к ней новые нуклеотиды, пока не дойдет до особой последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК — терминатора. Эта последовательность нуклеотидов указывает на то, что синтез иРНК нужно прекратить. У прокариот синтезированные молекулы иРНК могут сразу же взаимодействовать с рибосомами и участвовать в синтезе белков. У эукариот иРНК синтезируется в ядре. Там она взаимодействует со специальными ядерными белками и переносится через поры в ядерной мембране в цитоплазму. На специальных генах синтезируются и два других типа РНК: тРНК и рРНК Трансляция. Процесс синтеза белка из аминокислот, происходящий на рибосомах, называется трансляцией (от лат. трансляцио — перевод). В ходе трансляции осуществляется перевод последовательности нуклеотидов молекулы иРНК в последовательность аминокислот молекулы белка. Иными словами, «язык» нуклеотидов переводится на «язык» аминокислот. В цитоплазме обязательно должен быть полный набор аминокислот, необходимых для синтеза белков. Эти аминокислоты образуются в результате расщепления белков, получаемых организмом с пищей, или синтезируются в самом организме. Информационная РНК связывается с малой субъединицей рибосомы, после этого присоединяется большая субъединица (рис. 66). Синтез белка начинается со стартового кодона АУТ. Так как этот триплет кодирует аминокислоту метионин, то все белки (за исключением особых случаев) будут начинаться с остатка метионина. Отщепление этого остатка у большинства белков происходит позднее, в ходе созревания белковой молекулы. Начиная со стартового кодона, молекула иРНК последовательно, триплет за триплетом, продвигается через рибосому, что сопровождается ростом полипеп-тидной цепочки. Соединение аминокислот в нужную последовательность (в соответствии с кодонами иРНК) осуществляется на рибосомах при участии транспортных р н к Благодаря специфическому расположению комплементарных нуклеотидов молекула тРНК, как уже отмечалось, имеет форму, напоминающую лист клевера (рис. 67). У каждой тРНК имеется акцепторный конец, к которому присоединяется определенная аминокислота, предварительно активированная энергией АТФ. Для активации одной аминокислоты необходимо расщепить одну молекулу АТФ. В противоположной части молекулы тРНК находится специфический триплет — ант и кодон, ответственный за прикрепление по принципу комплемен-тарности к соответствующему триплету иРНК (кодону). Молекула тРНК с присоединенной активированной аминокислотой благодаря антикодону комплементарно связывается с соответствующим кодоном иРНК Таким же образом к следующему кодону иРНК прикрепляется вторая тРНК с активированной аминокислотой. Между двумя аминокислотами возникает пептидная связь, после чего первая тРНК освобождается от аминокислоты и покидает рибосому. После этого иРНК сдвигается на один триплет, а в рибосому проникает следующая молекула тРНК с аминокислотой. В результате к образованному дипептиду присоединяется третья аминокислота и иРНК сдвигается еще на один триплет. Так происходит наращивание полипептид-ной цепочки. Процесс трансляции продолжается до тех пор, пока в рибосому не попадет один из трех стоп-кодонов: УАА, УАГ или УГА, после чего синтез белка прекращается и рибосома распадается на две субъединицы. Все описанные реакции происходят очень быстро. Подсчитано, что синтез крупной молекулы белка осуществляется приблизительно за 1 —2 мин .Каждый этап биосинтеза белка катализируется соответствующими ферментами и снабжается энергией за счет расщепления АТФ. Молекула иРНК может связываться одновременно с несколькими рибосомами. Комплекс из иРНК и рибосом (от 5—6 до нескольких десятков) называется пол и сомой. Образование полисом повышает эффективность функционирования иРНК, так как позволяет одновременно осуществлять синтез нескольких одинаковых молекул белка. Если синтез белка происходил на рибосомах, связанных с шероховатой ЭПС, то образовавшаяся полипептидная цепь сначала оказывается внутри полости эндоплазматической сети, а затем транспортируется в комплекс Гольджи. В этих органоидах происходит созревание белка — формирование вторичной, третичной и четвертичной структуры, присоединение к белковой молекуле небелковых компонентов и др. Если синтез белка осуществлялся на свободных рибосомах, расположенных в гиалоплазме, то синтезированная белковая молекула транспортируется в нужную часть клетки, где и приобретает соответствующую структуру. Таким образом, генетическая информация, которая содержится в ДНК, в результате процессов транскрипции и трансляции реализуется в клетке в виде молекул белков. Синтез белка обеспечивается взаимодействием всех типов РНК: рРНК является главным структурным компонентом рибосом, иРНК — носителем информации о первичной структуре белка, тРНК доставляют на рибосому аминокислоты, а также обеспечивают их правильное включение в полипептид-ную цепь. Биосинтез РНК (транскрипция) и биосинтез белка (трансляция) осуществляются с использованием матриц — ДНК и иРНК соответственно. Поэтому, так же как и репликация, процессы транскрипции и трансляции являются реакциями матричного синтеза 11. Временная организация клетки. Жизненный и митотический циклы клеток. Морфофункцио-нальная и генетическая характеристика периодов интерфазы. Механизмы регуляции роста клеток. Клеточные популяции. Клеточный цикл- это период жизнедеятельности клетки от момента её появления до гибели или образования дочерних клеток. Митотический цикл- это период жизнедеятельности клетки от момента её образования и до разделения на дочерние клетки. Митотический цикл включает интерфазу и митоз. Клеточный цикл эукариот состоит из двух периодов: * Период клеточного роста, называемый «интерфаза», во время которого идет синтез ДНК и белков и осуществляется подготовка к делению клетки. * Период клеточного деления, называемый «фаза М» (от слова mitosis — митоз). Интерфаза-это период функционирования и подготовки клетки к делению. Она подразделяется на 3 периода: пресинтетический-G1 ; синтетический –S ; и постсинтетический –G2. Содержание генетической информации в клетке обозначается следующим образом: n- набор хромосом, xp – число хроматид в одной хромосоме и c - количество ДНК в одной хроматиде. Митоз-непрямое деление клетки, включающее цито- и кариокенез (движение цитоплазмы, кариоплазмы). В результате митоза образуются идентичные дочерние клетки, т.е. с одинаковым наследственным материалом. Митоз состоит из интерфазы и собственно деления. Интерфаза-период жизненного цикла клетки между двумя последующими делениями. Интерфазу можно разделить на 3 отразка: Начальный отрезок-постмитотический, пресинтетический или G1-период-восстанавливаются черты организации интерфазной клетки, завершается формирование ядрышка, начавшееся в телофазу. В цитоплазме идет синтез белка=> растет масса клетки. Если клетка будет вступать в митоз, то образуются химические предшественники ДНК, ферменты, катализирующие реакцию дупликации ДНК, синтезируются белки, другими словами идет процесс подготовки следующего периода интерфазы. 2n2c В синтетическом или S-периоде удваивается кол-во наследственного материала клетки( расхождение цепи ДНК на 2 цепочки) и синтез по принципу комплементарности- возникают 2 идентичные биспирали. Синтезируются молекулы отдельными фрагментами, в разных хромосомах, затем участок ( репликон-единица репликации) сшивается в 1 единую молекулу) который в процессе митоза будет поровну поделен между дочерними клетками, синтезируется большое кол-во РНК и белок. 2n4c Окончание интерфазы-постсинтетический(премитотический) или G-период. Интенсивный синтез РНК и белков, завершается удвоение массы цитоплазмы по сравнению с началом интерфазы. Накопление АТФ Часть белков(тубулины) используются для построения микротрубочек веретена деления(ну это в дальнейшем). 2n4c В самом делении выделяют 4 фазы:
Нарушение той или иной фазы ведет к пат. Изменениям клеток. •набухание и слипание хромосом •отрыв участка хромосомы, который не участвует в перемещении к полюсу и теряется •отставание в движении хроматид=> клетки с несбалансированным хромосомным набором •рассеивание хромосом из-за повреждений веретена деления •многополюсные или ассиметрические митозы из-за большого кол-ва центриолей •возможны появление многоядерных клеток. Эндомитоз-вариант митоза, при котором происходит удвоение числа хромосом, без нарушения ядерной оболочки и образования веретена деления. При повторных эндомитозах могут возникать полиплоидные клетки с увеличением объема ядра. Например мегакариоциты костного мозга начинают формировать эритроциты достигнув определенного уровня полиплоидности( 16-32) в результате нескольких эндомитозов. Стволовые клетки-недифференцированные (незрелые) клетки, имеющиеся во всех многоклеточных организмах. Стволовые клетки способны самообновляться, образуя новые стволовые клетки, делиться посредством митоза и дифференцироваться в специализированные клетки, то есть превращаться в клетки различных органов и тканей. Развитие многоклеточных организмов начинается с одной стволовой клетки. В результате многочисленных циклов деления и процесса дифференцировки образуются все виды клеток, характерные для данного биологического вида. Стволовые клетки сохраняются и функционируют и во взрослом организме, благодаря им может осуществляться обновление и восстановление тканей и органов. 1)Образовавшаяся после митоза клетка содержит диплоидный набор хромосом каждая хромосома имеет одну хроматиду, 2с ДНК – 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, завершается формирование ядрышка, начатого ещё в телофазу,увеличивается в размерах, в ней идёт синтез белков и нуклеотидов, накапливается энергия в виде АТФ. 2)В синтетический период (S) происходит репликация молекул ДНК и её содержание в клетке удваивается, т.е. каждая хроматида достраивает себе подобную. Одновременно клетка продолжает выполнять свои функции. Продолжительность этого периода 6-8 часов. 3) в постмитотический период (G2) клетка готовится к митозу: накапливается энергия, постепенно затухают все синтетические процессы, необходимые для репродукции органоидов, меняется вязкость цитоплазмы и ядерно-цитоплазматическое отношение,прекращается выполнение клеткой основных функций, накапливаются белки для построения ахромотинового веретена и удваиваются центриоли. Содержание генетической информации не изменяется (2n2xp4c). Клетка вступает в митоз. КЛЕТОЧНАЯ ПОПУЛЯЦИЯ - группа однородных по определенному критерию клеток. Так, по способности к обновлению выделяют 3 типа.:Стабильные К. п. не способны к обновлению (напр., нейроны млекопитающих). Число клеток в таких К. п. стабилизируется в начале их дифференцировки и они утрачивают способность к делению. К концу жизни организма число клеток в стабильных К. п. несколько снижается. Растущие К. п. способны не только к обновлению, но также к росту, увеличению массы ткани за счёт увеличения числа клеток и их полиплоидизации. Обновляющиеся К. п. характеризуются закономерным обновлением клеток: сколько их гибнет, столько появляется новых за счёт делений и специализации слабодифференцированных стволовых клеток (напр., клетки кишечного эпителия или крови). В жизненном цикле клетки можно также выделить митотический цикл, включающий подготовку клетки к делению и само деление Интерфаза - фаза в жизненном цикле между двумя делениями клетки. Она характеризуется активными процессами обмена веществ, синтезом белка, РНК, накоплением питательных веществ клеткой, ростом и увеличением объема. В середине интерфазы происходит удвоение ДНК (репликация). В результате каждая хромосома содержит 2 молекулы ДНК и состоит из двух сестринских хроматид, которые сцеплены центромерой и образуют одну хромосому. Клетка подготавливается к делению, удваиваются все ее органоиды. Продолжительность интерфазы зависит от типа клеток и в среднем составляет 4/5 от общего времени жизненного цикла клетки. 3 пример Интерфаза-это период функционирования и подготовки клетки к делению. Она подразделяется на 3 периода: пресинтетический(посммитотический)-G1 ; синтетический –S ; и постсинтетический(премитотический) –G2. Содержание генетической информации в клетке обозначается следующим образом: n- набор хромосом, xp – число хроматиж в одной хромосоме и c - количество ДНК в одной хроматиде. 1)Образовавшаяся после митоза клетка содержит диплоидный набор хромосом каждая хромосома имеет одну хроматиду, 2с ДНК – 2n1xp2c. Такая клетка вступает в пресинтетический период(G1) интерфазы, продолжительность которого колеблется от нескольких часов до неск месяцев и даже лет. В этот период клетка выполняет свои функции, завершается формирование ядрышка, начатого ещё в телофазу,увеличивается в размерах, в ней идёт синтез белков и нуклеотидов, накапливается энергия в виде АТФ. 2)В синтетический период (S) происходит репликация молекул ДНК и её содержание в клетке удваивается, т.е. каждая хроматида достраивает себе подобную, и генетическая информация к концу этого периода становится:. Одновременно клетка продолжает выполнять свои функции. Продолжительность этого периода 6-8 часов. 3) в постмитотический период (G2) клетка готовится к митозу: накапливается энергия, постепенно затухают все синтетические процессы, необходимые для репродукции органоидов, меняется вязкость цитоплазмы и ядерно-цитоплазматическое отношение,прекращается выполнение клеткой основных функций, накапливаются белки для построения ахромотинового веретена и удваиваются центриоли. Содержание генетической информации не изменяется (2n2xp4c). Клетка вступает в митоз. Самый главный процесс, который идет в S периоде, – это удвоение или редупликация ДНК. Все остальные реакции, происходящие в это время в клетке, направлены на обеспечение синтеза ДНК. К таким вспомогательным процессам можно отнести синтез гистоновых белков, синтез ферментов, регулирующих и обеспечивающих синтез нуклеотидов и образование новых нитей ДНК. Прохождение клетки по всем периодам клеточного цикла строго контролируется. При движении клеток по клеточному циклу в них появляются и исчезают, активируются и ингибируются специальные регуляторные молекулы, которые обеспечивают: 1) прохождение клетки по определенному периоду клеточного цикла и 2 переход из одного периода в другой. Причем прохождение по каждому периоду, а также переход из одного периода в другой контролируется различными веществами. Контрольные точки клеточного цикла 1. Точка выхода из G1 фазы, называемая Старт – у млекопитающих и точкой рестрикции у дрожжей. После перехода через точку рестрикции R в конце G1 наступление S становится необратимым, т.е. запускаются процессы ведущие к следующему делению клетки. 2. Точка S – проверка точности репликации. 3. Точка G2/M перехода – проверка завершения репликации. 4. Переход от метафазы к анафазе митоза. G1 — 2n2c; в конце S-периода — 2n4c; G2 — 2n4c. Жизненный цикл клетки (ЖЦ) или клеточный цикл - период с момента возникновения клетки в результате деления материнской до ее гибели или исчезновения в процессе собственного деления. Митотический цикл (МЦ) - период подготовки клетки к делению и само деление. При подготовке к делению клетка проходит особые периоды интерфазы: пресинтетический (G1), синтетический (S) и постсинтетический (G2). Таким образом, митотический цикл (МЦ) = G1 + S + G2 + митоз. Часть интерфазы, не имеющая отношения к МЦ, характеризует активное функциональное состояние (состояние покоя у камбиальных клеток) и обозначается - G0. Деление клетки. Рост организма осуществляется за счет деления его клеток. Способность к делению - важнейшее свойство клеточной жизнедеятельности. Делясь, клетка удваивает все свои структурные компоненты, и в результате возникают две новые клетки. Наиболее распространенным способом деления клетки является митоз - непрямое деление клетки. Митоз - процесс образования двух дочерних клеток, идентичных исходной материнской клетке. Он обеспечивает возобновление клеток в процессе их старения. Митоз состоит из четырех последовательных фаз, обеспечивающих равномерное распределение генетической информации и органоидов между двумя дочерними клетками. 12.Морфофункциональная и генетическая характеристика стадий митоза. Патологические митозы, их значение. Эндомитоз. Понятие о стволовых клетках. В профазе ядерная мембрана исчезает, хромосомы максимально спирализуются, становятся хорошо заметными. Каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид. Центриоли клеточного центра расходятся к полюсам, образуя веретено деления. хромосомы спирализуются и приобретают вид нитей. Ядрышко разрушается. Распадается ядерная оболочка. В цитоплазме уменьшается количество структур шероховатой сети. Резко сокращается число полисом. Центриоли клеточного центра расходятся к полюсам клетки, между ними микротрубочки образуют веретено деления В метафазе хромосомы располагаются в экваториальной зоне, нити веретена деления соединены с центромерами хромосом. заканчивается образование веретена деления. Хромосомы выстраиваются в экваториальной плоскости клетки. Каждая хромосома продольно расщепляется на две хроматиды (дочерние хромосомы) Анафаза характеризуется расхождением сестринских хроматид хромосом к полюсам клетки. У каждого полюса оказывается такое же количество хромосом, какое было в исходной клетке. связь между хроматидами нарушается, и они в качестве самостоятельных хромосом перемещаются к полюсам клетки со скоростью 0,2—5 мкм/мин. По завершении движения на полюсах собирается два равноценных полных набора хромосом В телофазе происходит деление цитоплазмы и органоидов, хромосомы деспирализуются, появляются ядро и ядрышко. В центре клетки образуется перегородка из клеточной мембраны, и возникают две новые дочерние клетки, идентичные исходной материнской. реконструируются интерфазные ядра дочерних клеток. Хромосомы деспирализуются. Образуются ядрышки. Разрушается веретено деления. Материнская клетка делится на две дочерние Процесс деления ядра называется кариокинезом, а деления содержимого клетки - цитокинезом. Весь процесс деления делится от нескольких минут до 3 часов, в зависимости от типа клеток. Стадия деления клетки в несколько раз по времени короче ее интерфазы. Биологический смысл митоза заключается в обеспечении постоянства числа хромосом и наследственной информации, полной идентичности вновь возникающих клеток исходным. Важным компонентом жизненного цикла клетки является митотический (пролиферативный) цикл —комплекс взаимосвязанных и согласованных во времени событий, происходящих в процессе подготовки клетки к делению и на протяжении самого деления. Кроме того, в жизненный цикл включается период выполнения клеткой многоклеточного организма специфических функций, а также периоды покоя. В периоды покоя ближайшая судьба клетки не определена: она может либо начать подготовку к митозу, либо приступить к специализации в определенном функциональном направлении. Профаза — 2n4c, метафаза — 2n4c, анафаза — 4n4c, телофаза — 2n2c. При различных патологических процессах нормальное течение М. нарушается. Выделяют 3 основных вида патологии М. 1) Повреждения хромосом (набухание, склеивание, фрагментация, образование мостов, повреждения центромеров, отставание отдельных хромосом при движении, нарушение их спирализации и деспирализации, раннее разъединение хроматид. 2) Повреждения митотического аппарата (задержка М. в метафазе, многополюсный, моноцентрический и асимметричный М., трёхгрупповая и полая метафазы). Особое значение в этой группе патологии М. имеет колхициновый М., или К-митоз.К-митозы возникают и самопроизвольно в культуре ткани и опухолях. Нарушаются расхождение центриолей и поляризация ими веретена деления, подвергается дезорганизации митотический аппарат, не происходит разъединения хроматид (К-пары). 3) Нарушения цитотомии. Патологические М. возникают после воздействия митотических ядов, токсинов, экстремальных факторов (ионизирующее излучение, гипотермия), при вирусной инфекции и в опухоли. Эндомитоз -удвоение числа хромосом в ядрах клеток многих растительных и некоторых животных организмов. При Э., в отличие от митоза, не разрушаются ядерная оболочка и ядрышко, не образуется веретено деления клетки и не происходит реорганизация цитоплазмы, но хромосомы проходят цикл спирализации и деспирализации. Повторные Э. приводят к возникновению гигантских полиплоидных ядер, отчего в клетке увеличивается содержание дезоксирибонуклеиновой кислоты. Э. называют также процесс многократного удвоения нуклеопротеидных нитей — хромонем, составляющих основу хромосом, без увеличения числа последних; в результате образуются гигантские (политенные) хромосомы, что также связано со значительным увеличением в ядрах количества ДНК. Стволовая клетка – это незрелая клетка, способная к самообновлению и развитию в специализированные клетки организма. Патология митоза развивается при нарушении нормального течения митотического деления и зачастую приводит к возникновению клеток с несбалансированнымикариотипами, следовательно, ведёт к развитию мутаций и анеуплоидии. Также в результате развития отдельных форм патологии наблюдаются хромосомные аберрации. Незавершённые митозы, прекращающиеся по причине дезорганизации или разрушения митотического аппарата приводят к образованию полиплоидныхклеток. Полиплоидия и формирование дву- и многоядерных клеток возникают в случае нарушений механизмов цитокинеза. При значительных последствиях патологии митоза возможна гибель клетки. Условно различают патологию митоза функционального и органического типа. К функциональным нарушениям относят, например, гипореактивность вступающих в митоз клеток — снижение реакции на физиологические регуляторы, определяющие интенсивность пролиферации нормальных клеток. Органические нарушения возникают при повреждении структур, у аппарат, клеточная поверхность), а также при нарушении процессов, связанных с данными структурами (репликация ДНК, образование веретена деления, движение хромосом, цитокинез). I. Патология митоза, связанная с повреждением хромосом 1) Задержка митоза в профазе наблюдается при нарушениях репликации ДНК. 2) Нарушение спирализации и деспирализации хромосом прослеживается в результате действия на делящуюся клетку различными митотическими ядами 3) Раннее (преждевременное) разделение хроматид в профазе (в норме разделение хроматид происходит на рубеже перехода метафазы в анафазу). Наблюдается при изменении осмотического давления или же при воздействии канцерогенов. 4) Фрагментация и пульверизация хромосом возникает в опухолевых клетках, при вирусной инфекции, в результате воздействия на нормальные клетки ионизирующего излучения или мутагенов 5) Хромосомные и хроматидные мосты являются следствием фрагментации хромосом. При воссоединении фрагментов, содержащих центромер, образуется дицентрическая хромосома, которая в ходе анафазы растягивается между противоположными полюсами деления, образуя мост. 6) Отставание хромосом в метакинезе и при расхождении к полюсам возникает при повреждении хромосом в области кинетохора. 7) Образование микроядер происходит вследствие фрагментации или отставания отдельных хромосом, вокруг которых в телофазе формируется ядерная оболочка, параллельно образованию оболочки вокруг основных дочерних ядер. 8) При нерасхождении хромосом сестринские хроматиды не разъединяются с началом анафазы и вместе отходят к одному из полюсов, что приводит к анеуплоидии. 9) Набухание и слипание хромосом наблюдается в опухолевых клетках и при воздействии токсических доз различных митотических ядов. II. Патология митоза, связанная с повреждением митотического аппарата 1) Задержка митоза в метафазе характерна для всей группы патологий митоза, связанных с повреждением митотического аппарата. 2) Колхициновый митоз или к-митоз — одна из форм патологии митоза, связанная с повреждением митотического аппарата вследствие воздействия ядов. 3) Рассеивание хромосом в метафазе происходит в результате повреждения или полной дезорганизации митотического аппарата. 4) Многополюсный митоз связан с аномалией репродукции центриолей, что ведет к формированию дополнительных полюсов и веретен деления. 5) Моноцентрический митоз связан с нарушением разделения центриолей. При этом формируется лишь один полюс, от которого расходятся нити единственного полуверетена. 6) Асимметричный митоз характеризуется непропорциональным развитием противоположных полюсов деления, что приводит к неравномерному распределению хромосом между дочерними ядрами, то есть к анеуплоидии.. 7) Полая метафаза представляет собой кольцевое скопление хромосом в экваториальной пластинке вдоль периферии клетки. III. Патология митоза, связанная с нарушением цитотомии Различают две группы патологии митоза, связанные с нарушением цитотомии: раннюю цитотомию, берущую начало ещё в анафазе; либо наоборот, запаздывание или полное отсутствие цитотомии, в результате чего формируются двуядерные клетки, либо образуется одно полиплоидное ядро. 13. Особенности жизненных циклов дифференцированных клеток. Старение и гибель клеток Старение и гибель клеток Дифференцированные клетки сохраняют свою функцию до конца жизненного цикла. Однако за это время успевают произойти размножение оставшихся зародышевых клеток и их дифференцировка. Тканевое восстановление чаще всего оказывается неполным, и часть дифференцированных клеток замещается соединительной тканью. Степень поражения, так же как и степень восстановления, при одних и тех же физических условиях облучения зависит от многих факторов, которые определяют радиочувствительность клетки, тканей и целого организма. На молекулярном уровне радиочувствительность увеличивается вместе с увеличением размеров молекул ДНК, с повышением содержания кислорода. Радиочувствительность зависит от фазы развития клетки, содержания и концентрации в ней природных защитных веществ, интенсивности клеточного метаболизма, гистологической структуры клеток и их способности к пролиферации. Восстановление в дифференцированной ткани может обеспечиваться очень небольшим количеством зародышевых клеток или даже клетками, мигрирующими из соседних участков. Продукты диссимиляции погибших клеток стимулируют размножение клеток. Опухолевые клетки и клетки нормальных тканей, облученные вне организма, обладают одинаковой радиочувствительностью. Клеточный цикл опухолевой ткани чаще всего более длинный, чем соответствующий цикл нормальной ткани, что требует больших сроков для восстановления. Большая степень повреждения опухолевой ткани объясняется меньшей способностью ее к регенерации по сравнению с нормальной тканью. СТАРЕНИЕ И ГИБЕЛЬ КЛЕТКИ. Большинство клеток раньше или позже начинают проявлять признакистарения и погибают. Эти процессы происходят на протяжении всей жизни организма и даже в эмбриональный период. В стареющих клетках накапливается специальный пигмент «изнашивания», что является следствием ухудшения с возрастом выделения из клетки плохо растворимых веществ. В числе прочих веществ накапливаются липиды. В ряде тканей увеличивается количественное содержание кальция. Смерть клетки связана с необратимым прекращением процессов жизнедеятельности. Но обычно это не одномоментный акт. Внутриклеточные процессы останавливаются постепенно и не одновременно в различных органоидах. После наступления смерти клетки меняется вязкость цитоплазмы (она может разжижаться или уплотняться), происходит коагуляция протоплазмы; митохондрии распадаются на гранулы. Последовательно разрушаются и другие органоиды. В ядре дольше, чем в цитоплазме, не наступает посмертных изменений. Сначала уменьшается объем ядра, а потом оно начинает подвергаться фрагментации и растворению. Причина посмертных изменений клетки чаще всего связана с активацией некоторых внутриклеточных ферментов. Под их воздействием в клетке происходит а у т о л и з, т. е. саморастворение тканей. Вследствие накопления в клетке низкомолекулярных соединений через клеточную мембрану возрастает диффузия воды. Клетка набухает, теряет свою форму и структуру В настоящее время различают два принципиально различных типа клеточной гибели: апоптоз и некроз. Апоптоз — запрограммированная гибель клеток. Апоптоз — форма гибели клетки, проявляющаяся в уменьшении её размера, конденсации и фрагментации хроматина, уплотнении наружной и цитоплазматической мембран без выхода содержимого клетки в окружающую среду. Некроз клеток возникает в нефизиологических условиях, например, в связи с действием неблагоприятных факторов, таких, как стойкое кислородное голодание, разного рода токсины и другие. Некроз обычно сопровождается воспалением и является патологическим процессом. Старение клеток: На клеточном уровне старение проявляется в замедлении деления клеток. Частично этот эффект является результатом так называемого предела Хейфлика деления соматических клеток. Эта граница связана с отсутствием активной теломеразы, в результате чего конечные участки хромосом, теломеры, сокращаются при каждом делении. У человека соматическая клетка может делиться около 52 раз, после чего теломеры исчезают, и в клетках запускается программа апоптоза, «альтруистического самоубийства» клеток. Хотя граница Хейфлика и считается основной причиной уменьшения уровня клеточного деления, даже стволовые клетки, в которых эта граница отсутствует, становятся менее активными, замедляют свое деление и не так часто дифференцируются в соматические клетки |