митоз. Жасушалы цикл. Митоз Сабаты масаты
 Скачать 1.51 Mb.
|
|
Жасушалық цикл. Митоз Сабақтың мақсаты: Студенттерге жасушалық циклды және оның кезеңдерінде жүретін процестерді қарастырып, тіршілік барысындағы маңызын түсіндіру. Сабақтың сұрақтары: Жасушаның пролиферациясы. Жасушалық цикл туралы түсінік. Митоздық циклға сипаттама. Интерфаза кезеңінде жүретін процестер. Митоздың фазаларына сипаттама. Митоздық хромосомалардың типтері, оның маңызы. Кариотип. Митоздың биологиялық маңызы. Жасушалық циклдың реттелу процестері. Сабақ беру және оқыту әдісі: тақырып бойынша берілген сұрақтарға ауызша жауап алу, кіші топпен жұмыс істеу, тестік бақылау жүргізу және төменде берілген тапсырмаларды орындау. Клеткалар пролиферациясының (көбеюі) онтогенез және гомеостаз процестеріндегі маңызы өте зор. Ұрықтың өсуі, дамуы, ұлпалардың дифференциялануы, ұрықтық жасушалардың көбеюіне тәуелді. Ағзаның әртүрлі ұлпаларында (өмір бойы) жүретін жасушаның репарациясы және физиологиялық регенерациясы негізінде пролеферация жатыр. Жасушалардың бөлінуі кезіндегі бақылаудың бұзылуы түрлі патологиялық процестерге, мысалы, ісіктің өсуіне себеп болады. Пролиферация ерекшеліктері мен митоздық белсенділіктің реттелуі гендік, жасушалық және ұлпалық деңгейлерде зерттеу жасушалық циклдың бақылау механизмін, қартаюдың, физиологиялық регенерацияның, клондаудың және ісік ауруларының пайда болу механизмдерін түсінуге, оларды реттеу және емдеу үшін тиімді әдістер табуға мүмкіндік береді. Клетканың көбеюі немесе пролиферациясы жасуша тіршілігінің маңызды қасиеті. Кез келген жасуша басқа жасушаның бөлінуінен пайда болады. Жасушалардың бөлінуі мүшелердің өсуін, ағзалардың көбеюін және зақымдалған ұлпалардың регенерациясын қамтамасыз етеді. Прокариоттардың жасушалары ДНҚ репликациясынан кейін теңдей екіге бөлінеді. Эукариоттарда ядро күрделі құрылымды және оларға генетикалық ақпараттың жас жасушалар арасында теңдей бөлінуін қамтамасыз ететін ерекше бөліну механизмі тән. Эукариоттық жасушалардың бөлінуі екі сатыдан тұрады: 1. Кариокинез (ядроның бөлінуі); 2. Цитокинезден (цитоплазманың бөлінуі). Кариокинездің екі типі болады: митоз және мейоз. Әдетте ядроның бөлінуінен кейін жасушаның бөлінуі жүреді, сондықтан бұл терминдерде кариокинезді келесі жасушаның бөлінуі деп санап, кең мағынада қолданады. Әдетте, жасушаның бөлінуі алдында, оның хромосомасында орналасқан ДНҚ молекуласының синтезі жүреді. Бұл, прокариоттар және эукариоттар жасушалары үшін жалпы ереже. Митоз процесі барысында хромосомалар жиынтығы диплоидты (2n) болып келген аналық жасушадан ағзалардың өсуін, регенерациясын және жыныссыз көбеюін қамтамасыз ететін екі жас жасуша дамып жетіледі, олардың хромосомалар жиынтығы (2n) диплоидты. Тіршілік немесе жасушалық цикл деп, белгілі уақыт аралығында жасушаның құрылымдық және функциональдық сипаттарында жүретін заңды өзгерістерді айтады. Жасушалық цикл – аналық жасушаның бөліну нәтижесінде пайда болған жас жасушаның келесі бөлінуге немесе тіршілігін жоюға дейінгі аралықта өтетін кезеңдері. Жасушалық цикл келесі кезеңдерден тұрады: 1. жасушаның көбею кезеңі (митоздық цикл); 2. арнайы қызмет атқару кезеңі; 3. тыныштық кезеңі. Клетка типіне байланысты тіршілік циклындағы кезеңдердің ұзақтығы жалпы өзгеріп отырады (1-сурет). Ұдайы бөлінетін ұлпаларда, мысалы ішек эпителийінде және тері эпидермисінде жасушалар үнемі митоздық бөліну сатысында болады (80%). Ал қалғандары жіктеліп, арнайы қызметтер атқарады. Бауырдың және бүйректің тек ғана 5-10% жасушалары ұдайы бөлінеді, ал қалғандары арнайы қызмет атқарады. Бұл мүшелердегі ұлпа жасушалары жарақаттанған жағдайда, жасушалары қайта жіктеліп, митоздық жолмен бөліне алады. Жүйке және бұлшық ет ұлпалары эмбриональды даму соңында қайтымсыз жіктеліп, арнайы қызмет атқарады. Қазіргі кезде барлық эукариоттардың (ашытқылардың, өсімдіктердің, жануарлар мен адамдардың) жасушалық циклын реттейтін молекулалар анықталған. Жасушалық циклды бақылайтын гендердің арнайы класы ашылған. Жасушалық циклды реттеуде маңызды рөл атқаратындардың бірі – циклинге тәуелді киназа екені анықталды. Циклинге - тәуелді киназаның қызметін реттейтін арнайы белоктар – циклиндер болатыны ашылды. Олар әр жасушалық цикл барысында пайда болып, ыдырап отырады. Бұл протеиндердің деңгейі жасушалық циклдың кезеңдері барысында өзгеріп отыратындықтан, оларды циклиндер деп атаған. Қазіргі кезде, адамдардың онға жуық әртүрлі циклиндері белгілі.  1 сурет. Жасушалық цикл Жасушалық циклды реттейтін механизмінің бұзылуы хромосомалардың құрылымын өзгертіп, қатерлі ісіктің дамуына алып келуі мүмкін. Сондықтан жасушалық циклды ретейтін механизмді толық зерттеу болашақта қатерлі ісіктерді емдеу әдістерін жетілдіруге жаңа мүмкіндіктер береді. Митоздық (пролиферациялық) цикл - бөліну нәтижесінде пайда болған жасушаның, бөлінуге дайындалып, екі жаңа жас жасушаның түзілуімен аяқталатын процестердің жиынтығы. Бұл цикл екі кезеңнен тұрады: 1) интерфаза, бұл кезеңде жасушаның белсенді өсуіне қажет ақуыз, РНҚ және басқа заттар синтезделеді және ДНҚ-ның репликациясы жүреді; 2) жасушаның бөлінуі (митоз). Интерфаза (жасушаның бөлінуге дайындалу фазасы) белсенді синтез және өсу кезеңі. Жасушаның өсуіне және арнайы қызмет атқаруына қажетті көптеген заттар синтезделеді. Интерфаза кезінде ДНҚ репликациясы жүреді. Жалпы, интерфаза жануарлар, өсімдіктер және микроорганизмдер үшін үш кезеңнен тұрады: Синтезге дейінгі кезең - G1; Синтездік кезең - S; Синтезден кейінгі кезең - G2. Синтезге дейінгі кезең (G1) - интерфазалық жасушаның құрылымдық ерекшеліктері қалпына келеді, жасушада қарқынды түрде биосинтез процестері жүреді. Митохондриялар, хлоропластар (өсімдіктерде), эндоплазмалық ретикулум, лизосомалар, Гольжди аппараты, вакуольдер және көпіршіктер түзіледі. Ядрошықта рРНҚ, аРНҚ және тРНҚ синтезделіп, рибосомалар пайда болады. Жасушада қажетті мөлшерде құрылымдық, функциональды ақуыздар синтезделеді, цитоплазма органоидтары қалыптасады және жасуша өсіп, оның көлемі артады, бірақ ДНҚ синтезі жүрмейді (2n 2c). Бұл ең ұзақ кезең, ұзақтығы 10 сағаттан бірнеше тәулікке дейін созылады. Синтездеу кезеңі (S) - жасушаның тұқым қуалау материалы - ДНҚ молекуласының екі еселенуімен сипатталады. ДНҚ редупликациясы жартылай консервативті әдіс бойынша жүреді. Бұл кезде ДНҚ тізбектері бір бірінен ажырап, әр қайсысының жанында комплементарлы принциппен жаңа тізбектер синтезделеді. Мұның нәтижесінде өзара ұқсас қос биоспираль қалыптасады. Аналық ДНҚ молекулаларына комплементарлы бұл ДНҚ молекулалары хромосоманың ұзына бойында бір уақытта емес (асинхронды) жеке фрагменттер немесе репликон түрінде бір хромосоманың әр түрлі аймақтарында, сонымен бірге әртүрлі хромосомаларда түзіле бастайды. Соңынан, сол фрагменттер (репликондар) бір біріне жалғанып, тұтас бір молекуланы құрайды. Синтездік кезеңнің соңында жасушадағы тұқым қуалау материалының мөлшері екі есе артады (2n 4c). Бұл кезеңде сонымен қатар, РНҚ мен ақуыз синтезі қарқынды жүреді, ал гистонардың мөлшері екі есе артады. Соның нәтижесінде әр хромосома екі хроматидтен тұрады. Бұл кезеңнің ұзақтылығы 3-6 сағат. Синтезден кейінгі кезең (G2) – ДНҚ синтезі тоқталып, қарқынды түрде энергия қоры (АТФ) жинала бастайды. РНҚ мен ақуыз синтезі әрі қарай жалғасады. Митохондриялар мен пластидтер бөлінеді. Центриольдар екі еселенеді, ахроматин жіпшелері қалыптаса бастайды. Бұл ең қысқа кезең, ұзақтығы 3-4 сағатқа созылады. Адамның тез бөлінетін жасушаларында жүретін жасушалық цикл кезеңдерінің ұзақтығы: G1 – 9 сағат G2 – 4,5 сағат S - 10 сағат М - 0,5 сағат Барлығы – 24 сағат. Бұл көрсетілген уақыт шамамен алынған, сондықтан басқа жасушаларда жасушалық цикл бұдан ұзақ болуы мүмкін. Мысалы, сперматогонилердің S- кезеңі 15 сағатқа созылады. Соған сәйкес олардың жасушалық циклы 1,5 есе ұзақ жүреді. Егер хромосоманың гаплоидты жиынтығындағы ДНҚ-ның мөлшерін С деп белгілесек, онда диплоидты жасушада бөлінуден кейін 2С, ал синтездік кезеңнен кейін хромосомалардың диплоидты жиынтығында ДНҚ мөлшері 4 С болады. Митоз – сома жасушаларының негізгі бөліну әдісі, мұнда ядроның күрделі немесе тікелей емес бөлінуі жүреді. Митоз бірінен соң бірі жүретін төрт фазадан тұрады: профаза, метафаза, анафаза және телофаза (48- сурет). Митоздың нәтижесінде пайда болған жас жасушалардағы хромосомалардың саны мен сапасы аналық жасушадағымен бірдей болады. Митоз - бұл хроматидтер бір бірінен ажырап, екі жас жасуша арасында теңдей бөлінетін, ядроның бөліну процесі. Сомалық жасушаның митоздық бөліну кезіндегі әр фазасында жүретін өзгерістердің сипаттамасы: Профаза - ядрода хромосомалар спиралданады, микроскопта жіпшелер тәрізді көріне бастайды, әр хромосома екі хроматидтен тұрады және олардың арасы когезин ақуызының көмегімен байланыста болады. Хромосомаларда РНҚ-ның синтезі толық тоқтайды, рибосомалық гендердің активсізденуіне байланысты ядрошықтар жойылады, бірте-бірте ядро мембранасы да бұзылып, көпіршіктерге айналады. Цитоплазмада өзгерістер жүріп, ЭПТ мен Гольджи аппараты жойылып, екі диплосомалар жасушаның полюстеріне қарай жылжып, бөліну ұршығының қалыптасуына қатысады. Метафаза - хромосомалар максимальді дәрежеде спиралданады және жасушаның экваторлық кеңістігіне қатарласа орналасады, хромосомалардың метафазалық пластинкасын немесе аналық жұлдызшаны түзеді. Бірте-бірте хромосомалардағы хроматидтер арасындағы когезин ақуыздары бұзылады. Метафазаның соңына хроматидтер бір-бірінен толық ажырап, тек центромера аймағында байланыс бар сияқты болады. Тубулин ақуызының полимеризациясы нәтижесінде бөліну ұршығы қалыптасады. Оның құрамына 3 түрлі микротүтіктер кіреді: 1. Кинетохорлы – хроматидті диплосоманың бір жіпшесімен байланыстырады. 2. Полярлі – бір диплосомадан ұршықтың орталығына бағытталады, онда басқа полюстің микротүтіктерімен бүркенеді. 3. Астарльді – диплосомадан жасушаның үстіңгі жағына бағытталған. Анафаза - митоздың ең қысқа фазасы, әр хромосомадағы хроматидтер спиралданған жағдайларын сақтай отырып, бір-бірінен ажырап, қарама-қарсы полюстерге қарай жылжиды. Осы кезде олардың центромералары полюске, теломерлері экваторға бағытталады. Сондықтан, пайда болған екі жас жасуша, бір хроматидтен тұратын хромосоманың толық және теңдей жиынтығын алады. Хромосомалардың жылжуы бірнеше факторлармен қамтамасыз етіледі: 1. Бөліну ұршығының микротүтігі қатысады: - кинетохорлы микротүтіктер қысқарады, - полярлы микротүтіктер ұзарады. 2. Ақуыз-транслокаторлар қатысады: - оның біреуі хромосомаларды кинетохор түтігінің бойына орналастырады, - басқасы полярлы микротүтіктерді бір-бірінен шет жаққа қарай ығыстырады. Телофаза - ажыраған бір хроматидті хромосомалар өз диплосомасына жақындаған соң, тоқтайды. Хромосомалар профаза кезінде ядро мембранасы ыдырау барысында пайда болған көпіршіктермен байланыста болады. Олардың қабырғасына ядро саңылауларын құрайтын комплекстер орналасады, сол арқылы көпіршіктерге ақуыздар еніп, ядролық ламинаны құрайды. Соның нәтижесінде көпіршіктер бірігіп, кариомера түзіледі, олардың әр қайсысы өз диплосомасымен байланысқан, сондықтан олар бірігіп ядро мембранасын құрайды, яғни екі жас ядро пайда болады. Хромосомалар бірте-бірте деспиралданады, ядрошық қалыптаса бастайды. Телофазаның соңғы жағында цитотомия (цитокинез) жүреді – жасушаның екіге бөлінуі. Ол үшін жасуша экваторларында актомиозинді сақина қалыптасады, ол бірте-бірте тарылып, жіңішкеріп, нәтижесінде екі жасуша түзіледі. Одан соң жасушада ЭПТ мен Гольджи аппараты қалпына келеді. Өсімдіктерде жас жасушалардың бөлінуі аналық жасушаның ішкі аймағында басталады. Жасушаның ортасында біртіндеп өсіп, толығымен екіге бөлетін, жасушалық пластина түзіледі. Митоздық хромосомалар жеке, қарқынды боялатын тығыз денешік түрінде көрінеді. Центромераларының орналасуына тәуелді митоздық хромосомалардың бес типін ажыратады (1 кесте): метацентрлік, субметацентрлік, акроцентрлік, телоцентрлік, спутниктік. Қалыпты кариотипте телоцентрлік хромосомалар кездеспейді. Хромосомалардағы иіндердің шетін теломерлер деп атайды, ол хромосомаларды өзара немесе олардың фрагменттермен қосылуына кедергі жасайтын арнайы бөліктері. Хромонемалар спиральды ширатылып, тығыздалып, хроматидтерді түзсе, екі хроматид хромосоманы түзеді. 1 - кесте Центромераларының орналасуына тәуелді хромосомалардың 5 типі
 Хромосомалар типі   Митоздың биологиялық маңызы Митоздың биологиялық маңызы – ұрпақтан ұрпаққа жасушалардағы хромосомалар санының және тұқым қуалайтын ақпараттың мөлшері мен мағынасы бойынша өзгермей берілуін қамтамасыз етеді. Хромосомалар: а) генетикалық ақпараттың сақталуын, б) сол ақпараттың жасушалар құрылымын жетілдіріуге және сақталуына пайдалануын, в) тұқым қуалайтын ақпараттың іске асырылуын реттеуді, г) генетикалық материалдың екі еселенуін (өзін өзі еселендіру), д) оның аналық жасушадан ұрпағына берілуін қамтамасыз етеді. Сонымен бірге митоз келесі маңызды процесстерді қамтамасыз етеді: эмбриональдық дамуды, өсуді (гиперплазия), мүшелер мен ұлпалардың қайта қалпына келуін (мысалы, шаянтәрізділердің аяқтары), қызмет атқару барысында жасушалардың ұдайы жаңаруына байланысты ұлпалардың құрылымдық біртұтастығын сақтауды (жойылған эритроциттердің орнын алмастыру, түлеген тері жасушаларының, ішек эпителийінің қалпына келуін және т.б.). Көптеген ағзалар жыныссыз жолмен митоздық бөліну арқылы көбейеді. Митоздық жолмен өсімдіктер жасушасының бөлінуін 1874 жылы орыс ботанигі И.Д.Чистяков, ал жануарлар жасушасында жүретінін 1878 жылы орыс гистологы П.И.Перемежко ашқан. Бірақ, митоз процестерінің морфологиясын өсімдіктерде нақты зерттеген - Э.Страсбургер (1844 - 1912), жануарларда зерттеген – В. Флемминг (1843-1905). Клеткалық циклды реттеудегі циклиндер мен циклинге тәуелді киназалардың рөлі Жасушалық циклды (ЖЦ) сипаттау барысында, көптеген құбылыстардың не бары 24-36 сағат ішінде жүретіні анықталды. Негізінен осы құбылыстардың бәрі молекулалық деңгейде басқарылады. Жасушадағы реттеуші молекулалар митогенді сигналдарды қабылдап, рет-ретімен белгілі бір процестердің инициациясын (басталуын) бақылап отырады. Жасушалық циклдағы фазалардың ауысуына қатысып, арнайы рөл атқаратын белоктарды протеинкиназалар немесе оны циклинге тәуелді киназалар (ЦТК, cyclin-dependent kinases) деп атайды. Жасушалық циклдың фазаларына тән белгілі бір ақуыздар ЦТК-ның әр қайсысын фосфорлап активтендіріп немесе бәсеңдетіп (ингибиторлық әсер) отырады. ЦТК-ның кез келген молекуласы активті емес және бір ғана суббірліктен тұрады. Оның активтелуі арнайы ақуыз циклинге (Ц) тәуелді, оның бірнеше түрі бар. “Циклин” термині ЖЦ барысында, жасушадағы циклиндер концентрациясы әр кезеңге тән өзгеріп отыратынын көрсетеді. Соныменен, протеинкиназалар циклиндермен гетеродимерлі комплекстер құрайды, ол – циклин-ЦТК (ц-ЦТК), мұнда циклин – активатор, ал ЦТК – катализдік суббірлік болып табылады. Бұл қосылыс комплекс деп аталады, себебі әр нақты циклинге өзіне тән ЦТК қосылады, олардың әрбір түрі ЖЦ әр фазасына сәйкес келуі тиіс. Әртүрлі циклиндер латын әріпімен, ал әртүрлі ЦТК араб цифрасымен белгіленеді. Комплекстердің рөлі 1. G1 – кезеңінің басында циклин D – ЦТК-4 немесе циклин D – ЦТК-6, осы кезге тән құбылыстардың жүруін қамтамасыз етіп, жасушаны “рестрикциялық нүктеден” өткізеді. Осы комплекстер тыныштық (G0) кезеңдегі жасушаларды да митотикалық циклға қайтарады. G1 – кезеңінің соңында циклин Е – ЦТК-2 комплексі процестерді басқарады. 2. S - кезеңде ЦТК-2 қызметін әрі қарай жалғастырады, бірақ ол циклиндік партнерларын екі рет ауыстырады, циклин А-ға және циклин В-ға. Сондықтан олар әсер ететін ақуыз субстраттары да өзгереді. 3. G2 - кезеңде циклин В – ЦТК-1 мен байланысады. Дәл осы комплекс жасушаны митозға кіргізіп, сондағы күрделі процестерді басқарады. Соған байланысты оны – митоздық стимул факторы (МСФ) деп атайды. Соныменен, ЖЦ-дың әртүрлі құбылыстарын басқаратын бірнеше циклиндер мен ЦТК комплекстері. Студенттердің өзіндік жұмыстары бойынша тапсырмалар: 1 Препарат: Пияз тамыршасындағы митоз. Бояуы: Темір қосылған гематоксилин. Тұрақты препаратты микроскоптың кіші ұлғайтқышымен зерттеп, пияз тамыршасының 3 зонасын табыңдар (2 сурет): 1. Оймақша зонасын; 2. Бөліну зонасы – меристема; 3. Өсу зонасы. Оймақша зонасында жасушалар мембраналары жұқа болып келеді, бөліну зонасында ғана жасушалардың бөліну процестері жүреді, өсу зонасында жасушалар созылып, пішіндері ұзарыған тік бұрышты болып келеді. Интерфазалық және митоздық фазалардағы жасушаларды көру үшін, препартты микроскоптың үлкен ұлғайтқышымен қарап табуға болады. Интерфазалық жасушалардың мембраналары анық көрінеді, ядролары домалақ немесе сопақша, бір немесе екі ядрошықтары және хроматин түйіршіктері бар. Интерфазадағы 2-3 жасушалардың суретін салып, келесі белгілерді қойыңдар: 1 – жасуша мембранасы, 2 – цитоплазма, 3 – ядро, 4 – ядрошық, 5 – хроматин. Митоз фазаларындағы жасушаларды тауып, суретін салып, белгілеңдер: 1 – интерфаза, 2 - профаза, 3 – прометафаза, 4 – метафаза, 5 – 6 - анафаза, 7 – телофаза.  2 сурет. Пияз жасушасындағы митоз. 2 Препарат: Тритонның тері жасушалары. Бояуы: Темір қосылған гематоксилин. Жануарлар жасушасындағы митоз. Тұрақты препараттан микроскоптың кіші ұлғайтқышымен тритон терісінің жасушаларын зерттеп, митоздың барлық фазаларындағы жасушаларын тауып, үлкен ұлғайтқышқа ауыстырып, суретін салып белгілеңдер (3 сурет). 1 – интерфаза, 2 - профаза, 3 – прометафаза, 4 – метафаза, 5 – 6 - анафаза, 7 – телофаза.  3 сурет. Тритон терісінің жасушасындағы митоз. |