Репродукція клітин

Одне із положень клітинної теорії стверджує, що збільшення кіль-кості клітин, їх розмноження відбувається шляхом поділу початкової клітини. Репродукція забезпечує рівномірний розподіл редуплікова-ного генетичного матеріалу між двома новими клітинами.

У дорослому організмі клітини тканин і органів мають неодна-кову здатність до поділу. Так, зустрічаються клітини, які зберігають здатність до поділу, постійно діляться (клітини базального шару епі-дерміса, крипт кишечника, кровотворні клітини червоного кістково-го мозку); поряд з цим зустрічаються клітини, що втратили здатність ділитися (зернисті лейкоцити крові, остеоцити кісткової тканини, нейроцити).

Період існування клітини від поділу до поділу називається клі-тинним циклом. Він складається з інтерфази і мітозу. Тривалість клі-тинного циклу залежить від виду клітин. Так в епітеліальних клітинах порожньої кишки мишей він триває від 12,5 до 19 годин. Найбільш тривалою в клітинному циклі є інтерфаза. Вона відбувається в три періоди: пресинтетичний (СТ), синтетичний (3) та постсинтетичний

В.П. Новак, Ю.П. Бичков, М.Ю. Пилипенко Цитологія, гістологія, ембріологія

(С2). Різні періоди клітинного циклу відрізняються один від другого вмістом у клітині білка, ДНК та РНК.

У періоді С1, відбувається посилений ріст молодої клітини, що ви-никла після поділу материнської за рахунок нагромадження клітин-них білків.

У наступному періоді § починається синтез ДНК. Якщо колхіци-ном викликати пригнічення синтезу білка або і-РНК, то перехід кліти-ни в 5-період блокується. У періоді С1 синтезуються ферменти, необ-хідні для утворення попередників ДНК, метаболізму РНК і білка.

5-період характеризується подвоєнням кількості ДНК в ядрі (ду-плікація) і відповідно відбувається подвоєння кількості хромосом. У 5-періоді також відбувається подвоєння центріолей центросоми.

Постсинтетичний період С2 (премітотичний). В цьому періоді від-бувається синтез і-РНК, і триває синтез рРНК . Інтенсивно синтезу-ються тубуліни — білки мітотичного веретена.

Поряд з цим у тканинах тварин є клітини, які ніби виходять з ци-клу. Це клітини СО-періоду, у них відсутній 5-період, вони не підда-ються поділу. Це клітини, які тимчасово або повністю перестали роз-множуватися. Клітини після диференціації не втрачають здатності до поділу і при необхідності повертаються у цикл. Прикладом їх є клітини печінки, при видаленні її частини вони починають синтезувати ДНК і вступають у мітоз, відбувається її регенерація.

Мітоз

Мітоз (від лат. тііозіз - нитка) або каріокінез (від гр. сагіоп - ядро, сіпезіз — рух) це непрямий поділ клітин, надзвичайно важливий і необ-хідний етап у житті, який забезпечує розмноження клітин і розподіл між новими клітинами усіх спадкових одиниць — генетичної інформації.

Розрізняють такі основні фази мітозу: профаза, метафаза, анафаза, телофаза (рис. 15).

Профаза (від гр. ргоіюз - перший, рііазіз — явище) починається з припинення нормального функціонування клітини. При цьому вона може втрачати свої спеціальні структури (війки, тонофібрили, десмо-соми) і набуває округлої форми (рис. 16).

Наступний етап профази - утворення мітотичного апарату. Вна-слідок розходження центріолей навколо них формуються мікротру-бочки. Сформований апарат поділу має веретеноподібну форму і скла-

Розділ 1 Основи загальної цитології

дається з двох центросфер (зірок) з центріолями всередині і волокон веретена, розташованого між ними. Всі ці структури утворюються вна-слідок полімеризації білків - тубулінів.

Рис. 15. Мітоз в клітинах корінця цибулі х 400

Інша, хроматинова частина мітотичного апарату утворюється за рахунок клітинного ядра. Комплексні сполучення молекул ДНК і біл-ка-гістона (ДНП) інактивуються. При цьому вони скорочуються в спі-раль і потовщуються, в такому стані їх можна побачити під світловим мікроскопом у вигляді грудочок хроматину. Потім вони зливаються у вигляді клубка ниток.

В наступному хроматин розпушується і в ньому можна спостеріга-ти окремі ділянки - хромосоми.

Рис. 16. Схема клітинного циклу.

В той же час розчиняється ядерце, ядерна мембрана розпадається. Інші органели розходяться до плазмолеми.

Метафаза (від гр. шеіе - після рпазіз — явище) цей стан клітини особливо зручний для генетичних досліджень тому, що хромосоми до-сягають повного розвитку. Інколи по об'єму вони займають 50% роз-мірів клітини. У середині метафази хромосоми вишиковуються в ек-ваторіальній площині клітини і веретена поділу утворюють так звану метафїзарну пластинку або «материнську зірку». При цьому центро-мерні ділянки хромосом спрямовані до центру, а їхні плечі на пери-ферію. В кінці метафази кожна хромосома утворена з двох хроматид, з'єднаних лише в ділянці кінетохора. Метафаза займає третину часу всього мітозу.

Анафаза (від гр. апа - над, зверху) характеризується двома взаємо-пов'язаними процесами. По-перше, мітотичне веретено ще більше ви-тягується і клітина видовжується, по-друге обидві хроматиди кожної хромосоми внаслідок розчеплення центромери відштовхуються одна від одної і відходять кожна до свого полюсу.

Кожна хроматида стає самостійною хромосомою і рухається до свого полюсу зі швидкістю 0,2-0,5 мкм/хв. Механізм руху хромосом точно не з'ясований. Більшість дослідників дотримуються гіпотези (ковзання ниток), згідно з якою сусідні мікротрубочки веретена за ра-хунок скоротливих білків тягнуть хромосоми до полюсів.

Розділ 1

Основи загальної цитології

Телофаза (від гр. Іеіоз — кінець) після відходження хромосом до по-люсів відбуваються заключні цитокінетичні та каріокінетичні процеси. Перші обумовлені виникненням течії цитоплазми з утворенням пере-тяжки поміж майбутніми дочірніми клітинами в ділянці колишнього екватора. Тут циркулярно розташовуються актинові мікрофібрили. Перетяжка стає тоншою, мітотичне веретено зникає. Екваторіальна ді-лянка ущільнюється і утворює так зване залишкове тільце. Це тільце швидко відщеплюється і дочірні клітини остаточно відокремлюються.

Каріокінетичні процеси в телофазі начебто повторюють в зворотньо-му порядку всі зміни, які відбувалися в ядрі під час профази. Зокрема, хромосоми розкручуються і включаються в процеси обміну. 3 елементів ендоплазматичної сітки утворюється каріолема, з'являється ядерце.

Ендорепродущія - це процес утворення клітин з підвищеним вміс-том ДНК (рис 19). Поява таких клітин відбувається внаслідок повної відсутності або незавершеності окремих етапів мітозу Існує декілька моментів в процесі мітоза, блокада яких призводить до його зупинки і появи поліплоїдних клітин. Блокада може наступити при переході від С2-періода до власне мітозу або в профазі і метафазі з порушенням веретена поділу. В зв'язку з цим цитотомія не відбувається і виникають одноядерні і двохядерні поліплоїдні клітини. Поява поліплоїдних со-матичних клітин може виникнути внаслідок блокади поділу В печінці дорослих ссавців спостерігаються диплоїдні, тетраплоїдні та октапло-їдні (8п) клітини. В процесі поперемінного утворення двохядерних і одноядерних клітин з'являються ядра з 8п ,16п і навіть 32п кількістю хромосом. Таким чином з'являються поліплоїдні клітини в печінці, епітелії сечового міхура, ацинусах слинних залоз, підшлункової зало-зах, та пігментному шарі сітківки.

Поліплоїдні клітини функціонально активніші ніж звичайні, тому вони властиві спеціалізованим високодиференційованим тканинам.

Морфологія хромосом. Хромосоми добре забарвлюються основ-ними барвниками. Вони помітні в ядрі клітини під час мітозу Хро-мосоми не зникають після закінчення мітозу, завдяки деконденсації вони набувають іншого вигляду і тому їх не видно, як окремі тільця. Як інтерфазні, так і мітотичні хромосоми складаються з елементарних хромосомних фібрил — молекул ДНП. Останнім часом вважають, що кожна хромосома побудована з однієї гігантської молекули ДНП (де-зоксинуклеопротеїда), запакованої у відносно коротке тільце — власне

4 - 8-305

В.П. Новак, Ю.П. Бичков, М.Ю. Пилипенко Цитологія, гістологія, ембріологія

мітотичну хромосому Виявлено, що у мітотичній хромосомі гігантська молекула ДНП утворює бічні петлі. Типова хромосома людини може містити 2600 петель, кожна з яких утворена ділянкою хроматинової фібрили із середньою довжиною 400 нм.

Морфологію мітотичних хромосом краще вивчати у період їх най-вищої конденсації. У метафазі та на початку анафази, хромосоми у цьому стані являють собою паличкоподібні утворення різної довжини і товщини. У більшості хромосом легко знайти зону первинної пере-тяжки (центромери), яка ділить хромосому на два плеча. Хромосоми з рівними або майже рівними плечами називають метацентричними, а плечами різної довжини — субметацентричними. Паличкоподібні хро-мосоми з дуже коротким, майже не помітним другим плечем — акро-центричні (рис. 17).

Рис. 17. Схема будови хромосоми.

1-пелікула; 2-хроматида; 3-первшша перетяжка; 4а-мала спіраль; 4б-велика спіраль; 5-центромер; 6-вторинна перетяжка; 7-супутник.

Розділ 1 Основи загальної цитологй

Ділянка первинної перетяжки містить кінетохор, який є центром організації мікротрубочок, гцо утворюють хромосомні нитки веретена поділу. У деяких хромосом є й вторинні перетяжки, які знаходяться близько одного із кінців хромосоми і відокремлюють так званий супут-ник хромосоми. Вторинні перетяжки ще називають ядерцевими орга-нізаторами, оскільки у цих ділянках на початку інтерфази утворюється ядерце. Кінцеві ділянки плечей називають теломерами. У тваринних організмів, як і у рослин, кількість, розміри та будова хромосом мають свою специфіку. Сукупність ознак хромосомного набору називають каріотипом. Каріотип коня, наприклад, характеризується наявністю 33 пар хромосом, серед яких 32 пари аутосоми і одна — статева хро-мосома. Серед останніх, які називають гоносоми, розрізняють X- та У-хромосоми. Кількість хромосом у інших сільськогосподарських тва-рин також значно коливається. Кількість хромосомних наборів у клі-тині позначають терміном «плоїдність» і літерою п. Соматичні клітини містять диплоїдний (подвійний) набір хромосом (2 п). Статеві кліти-ни — гаплоїдний (одинарний п), гцо відповідає поняттю геном, тобто сукупності ядерних елементів генетичної конституції особи. Якщо клітина має 3 п набір хромосом, п називають триплоїдною, якщо 4 п — тетраплоїдною. Велику кількість хромосомних наборів називають по-ліплоідією.

Для хромосомного аналізу застосовують метод диференційного забарвлення хромосом, вперше запропонований — Касперсоном. Так, за допомогою диференційного забарвлення нефлуоресційними барв-никами (суміш Гімза) вдалося виявити, що кожна хромосома забарв-люється неоднорідно вздовж її довжини, при цьому спостерігається чергування фарбованих і нефарбованих ділянок — так звана диферен-ційна неоднорідність хромосом. Це дає змогу чітко ідентифікувати кожну хромосому, а також складати так звані хромосомні карти з ви-значенням локалізації у них певних генів (рис. 18).

Амітоз - прямий поділ соматичних клітин, що відбувається без ви-димих під мікроскопом морфологічних перебудов в ядрі та цитоплаз-мі. Під час цього поділу ядро перебуває в інтерфазному стані, також не утворюється мітотичний апарат.

Амітоз починається з поділу ядерця, потім ядра і цитоплазми. Про-те поділ цитоплазми відбувається не завжди, внаслідок чого утворю-ються дво-і багатоядерні клітини.

4*

В.П. Новак, Ю.П. Бичков, М.Ю. Пилипенко Цитологія, гістологія, ембріологія

Рис. 18. Хромосоми різних видів тварин:

А - щуки (2п=18); Б - курей (2п=78); В - котів (2п=38)4 Г - коней (2п= 66); Д — бугая (2п=60); Е — саламандри (2н=34); Є — вівці (2п=54).

Рис. 19. Ендомітоз в клітинах десцеметової оболонки ока коня:

1-одноядерна клітина; 2-поділ ядра; 3-двоядерна клітина.

Розділ 1 Основи загальної цитології

Розрізняють - генеративний, дегенеративний та реактивний амітоз.

Генеративний амітоз найбільш чітко ироявляється у простіших організмів. В порівнянні з мітозом він значно простіший і не супро-воджується спіралізацією хромосом. Такий процес часто називають фрагментацією. Він забезпечує швидке розмноження клітин.

Дегенеративний амітоз спостерігається у клітин, які втратили здатність до мітотичного поділу. Не маючи механізму для точного роз-ділення молекул ДНК такий амітоз не має генеративного значення і звичайно передує відмиранню клітин.

Реактивний амітоз виникає при різкій активізації клітин в зв'язку з ушкодженням тканини. Він проявляється в масовому, швидкому по-ділі ядер, які також швидко руйнуються.

Отже, даний процес в багатьох випадках носить абортивний харак-тер. Відновлення ушкодженої тканини забезпечується мітозом, який приходить на зміну реактивному прямому поділу ядер.

Приклад такого поділу буде розглянутий при описанні змін в ушкодженому нерві.