Совокупность процессов, происходящих от образования клетки до ее гибели называется жизненным циклом. Говоря о жизненном цикле необходимо отметить, что в тканях растений и животных всегда есть клетки, которые находятся как бы вне цикла. Их принято называть клетками G0-периода период покоя. Это так называемые покоящиеся, переставшие размножаться клетки. При необходимости такие клетки могут возвращаться «в цикл». Таких клеток много в обновляющихся тканях: песени, костном мозге, эпителии и т.д.
Вторая группа клеток, покидающих «цикл» навсегда это клетки Gh перирда периода дифференцировки. Такие клетки проходят терминальную дифференцировку, выполняют функцию и гибнут.
Однако понятие жизненного цикла более широкое. Совокупность процессов протекающих в клетке от одного деления до другого и само деление называют митотическим циклом.
Митотический цикл это часть жизненного цила. Длительность его различна для различных организмов. Например, для бактериальных клеток цикл может занимать 20-30 минут. Клетки многоклеточных организмов обладают разной способностью к делению. Если на ранних стадиях развития организма они делятся быстро, то во взрослом организме большей частью теряют эту способность.
В типичном митотическом цикле ЭК выделяют интерфазу и митоз.
Интерфаза состоит из нескольких периодов:
1) пресинтетическая (G1). Идет сразу после деления клетки. Синтеза ДНК еще не происходит. Клетка активно растет в размерах, запасает вещества, необходимые для деления: белки (гистоны, структурные белки, ферменты), РНК, молекулы АТФ. Происходит деление митохондрий и хлоропластов (т. е. структур, способных к ауторепродукции). Восстанавливаются черты организации интерфазной клетки после предшествующего деления;
2) синтетическая (S). Происходит удвоение генетического материала путем репликации ДНК. Она происходит полуконсервативным способом, когда двойная спираль молекулы ДНК расходится на две цепи и на каждой из них синтезируется комплементарная цепочка.
В итоге образуются две идентичные двойные спирали ДНК, каждая из которых состоит из одной новой и старой цепи ДНК. Количество наследственного материала удваивается. Кроме этого, продолжается синтез РНК и белков. Также репликации подвергается небольшая часть митохонд-риальной ДНК (основная же ее часть реплицируется в G2 период);
3) постсинтетическая (G2). ДНК уже не синтезируется, но происходит исправление недочетов, допущенных при синтезе ее в S период (репарация). Также накапливаются энергия и питательные вещества, продолжается синтез РНК и белков (преимущественно ядерных).
Процесс пролиферации клеток жестко регулируется как самой клеткой, так и ее микроокружением. Нарушение регуляции пролиферации приводит к неограниченному делению клетки, что в свою очередь инициирует развитие онкологического процесса в организме.
Регуляторные факторы, контролирующие размножение клеток можно условно разделить на две группы: экзогенные и эндогенные. Экзогенные факторы находятся в микроокружении клетки и взаимодействуют с поверхностью клетки. Факторы, которые синтезируются самой клеткой и действуют внутри нее, относятся к эндогенным. Такое подразделение весьма условно, поскольку некоторые факторы, будучи эндогенными по отношению к продуцирующей их клетке, могут выходить из нее и действовать как экзогенные регуляторы на другие клетки. Если регуляторные факторы взаимодействуют с теми же клетками, которые их продуцируют, то такой тип контроля называется аутокринным.
Экзогенные факторы:
Ритмический зависит от внешних факторов (ритма активности, света, температуры) и внутренних (нейрогуморальная регуляция)
Пищевой полноценное питание стимулирует митотическую активность
Эндогенные факторы:
Эндокринный соматотропин, гормоны щитовидной железы
Цитокины, молекулы адгезии
Митогены акселераторы митоза (стимулируют митоз)
Цитостатики супрессоры митоза (подавляют митотическую активность)
Генетический фактор
Для изучения митотической активности и обновления клеточных комплексов применены новейшие методы: определение числа ядер, изучение изменения количественного содержания ДНК в ткани; изучение клеточного деления посредством радиоавтографии, т. е. путем включения радиоактивных изотопов в ДНК и др.
Применение названных методов позволило разделить все ткани на три категории клеточных комплексов: стабильные, растущие и обновляющиеся.
В стабильных клеточных комплексах не обнаруживаются митозы и количественное содержание ДНК остается постоянным. К таким клеткам, которые никогда не делятся (у человека в возрасте старше 7 дней), относятся клетки центральной и периферической нервной системы. Эти клетки сохраняются на протяжении всей жизни, но в них происходят возрастные изменения.
К числу растущих клеточных комплексов относятся такие группы однородных клеток, в которых всегда встречаются отдельные клетки, находящиеся в стадии митоза. Предполагается, что клетки в этих комплексах живут на протяжении всей жизни организма, а за счет вновь образующихся клеток происходит увеличение органа. Из таких клеточных комплексов состоят почки, надпочечники, щитовидная и поджелудочная железы, скелетные и сердечная мышцы.
Обновляющиеся клеточные комплексы - это группы однородных клеток с большим числом митозов. В этих комплексах число вновь образующихся клеток восполняет такое же число систематически погибающих. Примерами обновляющихся комплексов могут служить клетки желудочно-кишечного тракта, клетки кожного эпидермиса, ткань семенников и кроветворных органов и др.
Естественная гибель клетки (апоптоз). К сожалению, до сих пор процесс естественной гибели клеток до конца не изучен. Известно, что в клетке из-за блокирования ферментов прекращается синтез белка, а нет белка нет и жизни. Морфологически апоптоз характеризуется разрушением ядра и цитоплазмы. “Осколки” погибшей клетки поглощаются и перерабатываются специальными клетками иммунной системы фагоцитами. Но ведь клетки могут погибнуть и под воздействием случайных факторов (механических, химических и любых других). Случайная гибель клеток (а также ткани, органа) в биологии называется некрозом. Важно то, что естественная клеточная гибель (апоптоз) в отличие от некроза не вызывает воспаления в окружающих тканях. Апоптоз не вызывает воспаления в окружающих тканях. В организме запрограммированная клеточная гибель выполняет функцию, противоположную митозу, и, тем самым, регулирует общее число клеток в организме. Апоптоз играет важную роль в защите организма при вирусных инфекциях. В частности, иммунодефицит при ВИЧ-инфекции определяется нарушениями в контроле апоптоза. Теперь, когда мы рассмотрели все этапы жизненного цикла клеток, коротко остановимся на процессах регуляции численности клеток в организме. Во время эмбриогенеза (первого этапа внутриутробного развития) число клеток постоянно возрастает, причем в геометрической прогрессии