Нарешті, в клітинах в дуже невеликих кількостях зустрічаються амінокислоти у вільному стані (понад 150), які не зустрічаються в складі білків.
Розмноження або проліферація (від лат. Proles - потомство, ferre - нести) клітин - це процес, який призводить до зростання і оновлення клітин. Даний процес характерний як для одноклітинних, так і багатоклітинних організмів.
Клітини-організми (одноклітинні організми) розмножуються простим поділом надвоє (бактерії, саркодові), множинним поділом (споровики і ін.) Або іншим шляхом. Тому у бактерій і одноклітинних тварин подвоєння клітин є розмноження їх як самостійних організмів, оскільки з вихідної форми (організму) утворюється дві нові клітини, кожна з яких є організмом. Кожна дочірня клітина (організм) отримує повну генетичну інформацію, несомую вихідної клет- кой-організмом.
Соматичні клітини багатоклітинних організмів розмножуються шляхом складного поділу, яке отримало назву мітоті-чеського ділення і яке в загальному вигляді являє собою механізм, за допомогою якого поодинокі клітини репродукують себе. Утворилися в результаті поділу дочірні клітини подібні вихідної (материнської) клітини, відрізняючись від останньої лише меншими розмірами. Однак слідом за розподілом дочірні клітини миттєво починають рости і швидко досягають розмірів материнської клітини.
Біологічний сенс мітотичного поділу полягає в тому, що воно є ключовою подією в точної реплікації всіх хромосом ще до того, як відбудеться поділ ядра і клітини. В результаті мітозу дочірні клітини після поділу отримують хромосоми в точно такій же кількості, що мала їх батьківська (материнська) клітина. Отже, мітотичний поділ є особливий спосіб упорядкованого ділення клітин, при якому кожна з двох дочірніх клітин отримує хромосоми в точно такій же кількості і точно такого ж будови, що і хромосоми, які мала материнська клітина. При кожному митозе утворюється копія кожної хромосоми і діє точний механізм їх розподілу між дочірніми клітинами.
У мітотичного ділення клітини розрізняють дві сторони-поділ вихідного ядра на два дочірніх ядра (рівне розподіл хромосом), зване кариокинезом (від грец. Caryon - ядро, kinesis - рух) і представляє собою, по суті, хромосомний цикл, і наступне потім поділ цитоплазми з утворенням двох дочірніх клітин, зване цітокінезом (від грец. cytos - клітина, kinesis - рух) і представляє собою цитоплазматичний цикл. Кожна з дочірніх клітин містить одне дочірнє ядро.
Каріокінез і цитокинез протікають синхронно, причому в каріоки-незе має місце чергування синтезу ДНК з митозом, тоді як цитокинез чергується з ростом клітин (подвоєнням в числі клітинних компонентів).
Суттєвою особливістю мітотичного поділу є те, що воно в значній мірі схоже у всіх організмів. Сукупність процесів, що відбуваються в клітині від одного поділу до іншого, отримало назву митотического циклу.
Мітотичний цикл складається з двох стадій- стадії спокою або інтерфази і стадії поділу або мітозу (від грец. Rnitos - нитка), що позначається символом м. Терміни «мітоз» і «каріокінез» - синоніми. Интерфаза доступна для оцінки якісно і кількісно, точно так само доступний для вимірювання і мітоз. Зокрема, для вимірювання інтенсивності кількості мітозів -іс використовують так званий мітотичний індекс, під яким розуміють число мітозів на 1000 клітин. Дані про митотическом індексі мають важливе практичне значення, особливо в медичній практиці (в оцінці інтенсивності регенерації органів, дії лікарських речовин і т. Д.).
Пресинтетичний період (G 1), який часто називають ще першим інтервалом (від англ. Gap - інтервал), є на-
чільного періодом інтерфази. В
накопичення РНК і білків, в тому числі і білків, необхідних для синтезу ДНК. Збільшується кількість мітохондрій. Зазвичай цей період триває 12-24 години.
Синтетичний період (S) слід за G 1 - періодом і характеризується тим, що в цей період в клітці відбувається синтез (реплікація) ДНК, в результаті чого кількість її подвоюється. В
цей період триває також синтез РНК і білків. Дуже важливо, що до кінця цього періоду кожна з хромосом подвоюється і складається вже з
двох сестринських хроматид, утримуваних центромероі. Можна сказати, що найбільш фундаментальної особенностьюS-періоду є реплікація генів і подвоєння набору генів кожної дупліціроваться хромосоми. Тривалість S-періоду зазвичай становить близько 5 годин.
Постсинтетичний період (G 2) характеризується зупинкою синтезу ДНК
і накопиченням енергії. Однак триває синтез РНК і, білків формує нитки веретена поділу. Тривалість G 2-періоду становить
Мітоз відбувається протягом чотирьох послідовних. фаз саме: профази, метафази, анафази і телофази (рис. 59.).
У профазі на початку відбувається конденсація і спирализация (скручування) хромосом, в результаті чого вони стають видимими при мікроскопії забарвлених препаратів. Збільшується діаметр кожного завитка. Ядерна мембрана розчиняється під дією ферментів, ядерце зникає.
Центросома ділиться на дві центріолі, після чого останні розходяться до полюсів клітини. Відзначається також фосфорилювання окремих клітинних білків. Потім між полюсами починає формуватися ахрома- ти-нова фігура, схожа на веретено. Воно складається з білка і РНК. До кінця цієї фази ахроматинового фігура витягується уздовж клітини, стаючи веретеном. Структурно веретено є двухполюс-
ву структуру, побудовану з мікротрубочок і різних білків. Хроматиди (сестринські хроматиди) утримуються разом центромероі. Тривалість профази становить приблизно 30-60 хвилин.
У метафазі хромосоми розташовуються на екваторі веретена. Вони мають вигляд товстих утворень, щільно згорнутих спіраллю, що полегшує підрахунок і вивчення їх структури за допомогою мікроскопа. Будучи прикріпленими до ниток веретена центромероі, до якої прикріплюються особливі білкові комплекси (кине-тофори), пов'язані з окремими мікротрубочками хроматиди, поки утримуються разом, але плечі їх вже роз'єднані. Тривалість метафази становить 2-10 хвилин.
У анафазе настає поділ кінетохор, а потім і поздовжнє поділ хромосом, в результаті чого кожна сестринська хро-Матіда має власну центромеру і стає дочірньою хромосомою. Хромосоми подовжуються і рухаються до відповідних полюсів веретена. Анафаза триває 2-3 хвилини. Реплікація хромосомних решт (теломер), довжина яких становить 2-20 кб. вимагає теломерази.
У телофазе (від грец. Telos - кінець) дочірні хромосоми досягають полюсів, витягуються і деспирализуются. Кінетохорние трубочки зникають. Утворюється ядерна оболонка, знову з'являється ядерце. Тривалість становить 20-30 хвилин.
На заключному етапі клітинного ділення відбувається ци-токінез, який починається ще в анафазе. Цей процес закінчується утворенням в екваторіальній зоні клітини перетяжки, яка розділяє що ділиться клітку на дві дочірні клітини. Перетяжка забезпечується скороченням кільця, сформованого филаментами актиновой природи.
На відміну від соматичних клітин тварин в клітинах рослин через ригідності їх стінок замість освіти скорочувального кільця формірует-
ся платівка між майбутніми дочірніми клітинами. На кожній зі сторін цієї платівки відкладається целюлоза, після чого вона стає клітинною стінкою.
Кожне клітинний розподіл є безперервним процесом, оскільки ядерні і цитоплазматичні фази, всупереч розбіжностям у змісті і за значенням, координовані в часі.
Впорядкованість клітинних поділів у еукаріотів залежить від координації подій в клітинному циклі. У еукаріот ця координація здійснюється шляхом регуляції трьох перехідних періодів в клітинному циклі, а саме: вступ до мітоз, вихід з мітозу і проходження через пункт, званий «Старт», який вводить ініціацію синтезу ДНК (S-фазу) в клітці.
Тривалість митотических циклів різних клітин різна і становить від декількох годин до декількох днів. Однак вона залежить від типу тканин, фізіологічного стану, зовнішніх факторів (температура, світло).
Клітинний цикл еукаріотичних клітин регулюється послідовною активацією циклінзалежної киназ (КФОР) шляхом взаємодії їх з білка-мі-циклін. Комплекс циклин-СДК виявляється повністю активованим фосфорилуванням треонінових залишку в Т-петлі СДК, здійснюваним специфічної СДК-активує кінази (САК). При цьому комплекс циклін-СДК втягується в ініціацію як мітозу, так і реплікації ДНК. Регуляція мітозу залежить від регуляції СДК.
Існують і інші регулятори клітинного циклу. Зокрема відомі регулятори, інгібуючі СДК. Такими інгібіторами є білки р21, р16 і р27. Вони пригнічують функції киназ також шляхом зв'язування з ними.
в клітинах організмів-еукаріотів репліці-ється
так званого ліцензує фактора репліка-
ції (licensing factor), який дозволяє реплікацію. На підтвердження цього погляду встановлені ліцензуючі белкіMSM, які зазвичай пов'язані з хромосомами, але з початком S-фази звільняються від цього зв'язку, дозволяючи реплікацію ДНК, а після того, як синтез ДНК завершується, знову зв'язується з хромосомами.
Різні тканини характеризуються різною митотической активністю. Тому в залежності від мітотичної активності розрізняють стабільні, що ростуть і оновлюються тканини. Стабільні тканини - це тканини, в яких клітини не діляться, а кількість клітинної ДНК постійно. Наприклад, клітини центральної і периферичної нервової системи не діляться. У цих клітинах відбуваються лише вікові зміни. Зростаючі тканини - це тканини, в яких клітини живуть все життя, але серед останніх є такі, які діляться за допомогою мітозу. В результаті цього настає збільшення розмірів органів. Прикладом зростаючих тканин є тканини нирок, залоз внутрішньої секреції, скелетна і серцева мускулатури. Оновлюються тканини - це тканини, в яких багато клітини схильні до мітозу, в результаті чого поги-
бающіе клітини компенсуються знову утворюються. Прикладами оновлюються тканин є клітини шлунково-ки-шечного, дихального і сечостатевого трактів, епідермісу, кісткового мозку, сім'яників та ін. Для митозов характерні добові коливання, хвилі.
У вищих організмів мітотичний поділ клітин забезпечує їх зростання
з подальшим збільшенням маси тіла і диференціацією клітин. У міру індивідуального розвитку людини кількість його клітин збільшується, досягаючи у дорослої людини більш ніж 10 клітин і залишаючись потім сталою.
Як уже відзначено, мітохондрії і хлоропласти здатні до поділу в клітинах еукаріотів, але контроль їх розподілу не ясний. Встановлено лише, що в геномі клітин рослин існує ген, який, можливо, бере участь в контролі розподілу хло-Ропласто.
Для поділу клітин ссавців і птахів характерно те, що воно має певні обмеження кількості клітинних подвоєнь. Наприклад, фібробласти плодів людини подвоюються лише на протяженіі50 генерацій, тоді як фібробласти від людей в возрасте40 і 80 років піддаються приблизно 40 і 30 подвоєння відповідно, якщо їх культивують в стандартних умовах. Це явище отримало назву старіння клітин. Вважають, що в організмі також більшість клітин старіє, наприклад, клітини печінки живуть близько 18 місяців, еритроцити - 4 місяці, в результаті чого в них накопичуються ліпіди, кальцій, пігмент «зношування» і вони гинуть. Підраховано, що організм дорослої людини щодня втрачає близько 1-2% своїх клітин в результаті їх загибелі. Після смерті клітини в ній відбувається коагуляція протоплазми, розпад мітохондрій і інших органел в результаті ауто-лізу (активації внутрішньоклітинних ферментів).
Для пояснення природи старіння клітин запропоновано кілька гіпотез, в яких надається значення помилок біосинтетичних механізмів клітин,
механізмам захисту від злоякісного переродження нормальних клітин або інших причин. Однак жодна з відомих гіпотез не є вичерпною в поясненні феномена старіння клітин.
Встановлено, що для клітин у багатьох випадках характерний апоптоз, під яким розуміють генетичну програму, в результаті якої клітини здійснюють суїцид. Можна сказати, що апоптоз - це еволюційно зберігається процес. За допомогою цього процесу багатоклітинні організми звільняються від зайвих або потенційно шкідливих клітин. Цей феномен відмінний від старіння клітин. На прикладі нематоди Caenorhabditie elegans було з'ясовано, що клітинний суїцид контролюється генним набором, що складається з трьох генів, що контролюють синтез білка СЕД-3, СЕД-4 і СЕД-9, що регулюють апоптоз. У ссавців виявлено білки-2, які регулюють апоптозну смерть клітин. Вважають, що апоптоз має значення в етіології багатьох спадкових хвороб (хвороба Альцгеймера і Др.), Аутоімунних порушень, серцево-судинних хвороб, вікових порушень і навіть СНІДу.