Все ткани организма человека состоят из клеток - микроскопических, окруженных мембраной структур. Новые клетки образуются путем деления, во время которого клетка удваивает свой генетический материал, после чего разделяется на две дочерние клетки. Процесс клеточного деления безостановочно протекает во всем организме как во время развития плода, так и во взрослом состоянии.
Как делится клетка
Деление происходит при развитии тканей либо при изнашивании клеток и необходимости их замещения новыми. Клеточное деление подчиняется тонкой регуляции. Процесс запускается в связи с потребностями окружающей ткани, а также в соответствии с внутренним клеточным циклом развития.
Клетки, деление которых выходит из-под контроля организма, могут стать злокачественными. Действие противоопухолевых препаратов основано на уничтожении быстро делящихся клеток, по этой причине они обладают меньшим эффектом в отношении неделящихся клеток.
Эмбриональные клетки
Наиболее интенсивное деление клеток наблюдается во время раннего эмбрионального периода.
В течение 9 месяцев из одной оплодотворенной яйцеклетки формируется сначала эмбрион, а затем плод, состоящий примерно из 10 тысяч миллионов клеток.
На определенном этапе развития организма многие клетки «переключаются» с процесса размножения на выполнение специфических функций (например, становятся водителями ритма в сердце). Этот механизм называется дифференцировкой.
Практически во всех тканях имеются так называемые стволовые клетки (клетки-предшественники) - недифференцированные клетки, которые под влиянием различных факторов активизируются и включаются в процесс деления и дифференцировки.
Клеточный цикл
Деление клетки представляет собой процесс, в течение которого клетка удваивает свой генетический материал и затем разделяется на две идентичные дочерние клетки. Весь цикл деления включает две основные стадии: интерфаза, во время которой происходит репликация (удвоение) компонентов клетки, и митоз, когда клетка разделяется с образованием двух новых клеток.
Интерфаза включает два промежуточных периода (G1 и G2) и синтетический период (S).
Во время G1-периода клетка продуцирует белки, жиры и углеводы. Медленно растущие клетки, такие как клетки печени, могут пребывать в этой фазе на протяжении нескольких лет, в то время как другие, например клетки костного мозга, проводят в G1-периоде около 16-24 часов.
Если клетка активно не делится, она переходит из G1-периода в состояние, известное как GO-период. У взрослого человека многие высокоспециализированные клетки, такие как нейроны (нервные клетки) или клетки сердечной мышцы, не делятся и всегда находятся в GO-периоде. Это обусловливает низкую способность этих тканей к регенерации.
Репликация хромосом
Следующий период интерфазы -S-период - включает процесс репликации (удвоения) хромосом, в результате чего клетка временно содержит 92 хромосомы вместо обычных 46. В эту фазу также продолжается синтез белков, в том числе тех, которые формируют веретенообразные структуры, разделяющие хромосомы. В большинстве клеток организма человека S-период длится от 8 до 10 часов.
Дополнительные белки синтезируются в С2-периоде.
Непосредственно разделение клетки на две дочерние называется митозом. Этот процесс подразделяется на 4 фазы: профаза, метафаза, анафаза и телофаза.
Длительность полного клеточного цикла варьирует от одного дня до года в зависимости от типа клетки. Вот некоторые примеры продолжительности жизни разных клеток:
- клетки печени -12 месяцев;
- эритроциты - 80-120 дней;
- клетки кожи -14-28 дней;
- клетки слизистой оболочки кишечника - 3-5 дней.
Фазы митоза
1. Профаза
Во время профазы происходит конденсация (сворачивание) ДНК и образование хромосом, а также рассасывание ядерной мембраны с выходом компонентов ядра в цитоплазму.
2. Метафаза
В этой фазе хромосомы прикрепляются к митотическому аппарату - комплексу специально синтезированных белковых нитей, расположенных на противоположных полюсах клетки.
3. Анафаза
В течение анафазы хромосомы разъединяются посредством митотического аппарата. Половинный состав хромосом скапливается по разным сторонам клетки.
4. Телофаза
Во время телофазы вокруг хромосом формируется мембрана с образованием нового ядра, содержимое клетки скапливается у двух полюсов клетки, что завершается разъединением клеточной мембраны и появлением двух клеток.
Гибель и «самоубийство» клеток
Завершение жизненного цикла клетки может происходить двумя путями: некроз - разрушение клетки специфическими агентами и апоптоз - запуск самой клеткой программы «самоубийства».
Некроз
При каком-либо механическом или химическом повреждении тканей организма клетки погибают, потому что не в состоянии больше выполнять свои функции. Этот процесс, называемый некрозом, имеет место при нарушении целостности клетки, при необратимом повреждении внутриклеточных структур или недоступности веществ, необходимых для жизнедеятельности клетки. После смерти человека кислород и питательные вещества более не поступают в клетки всего организма, в результате чего они подвергаются некрозу и погибают. Другим примером массового некроза клеток является гангрена - омертвевшие ткани становятся черными в результате деятельности бактерий, которые разрушают гемоглобин с образованием темного сульфида железа.
Апоптоз
Большинство клеток запрограммированы на «самоубийство». Ученые считают, что это такой же естественный механизм, как и митоз.
Существует два фактора, инициирующие запуск процесса клеточного суицида. Во-первых, запрограммированная клеточная смерть необходима для нормального развития организма, например, формирование пальцев рук и ног у эмбриона сопровождается рассасыванием тканей между ними именно благодаря апоптозу.
Во-вторых, самоуничтожение бывает необходимо для разрушения клеток, представляющих угрозу для организма, например, защитные Т-лимфоциты способствуют гибели инфицированных вирусами клеток, запуская в них процесс апоптоза.
Мейоз
Мейоз - это особый вид клеточного деления, который имеет место при формировании половых клеток -сперматозоидов и яйцеклеток. Мейоз включает две стадии, характерным отличием от митоза является отсутствие удвоения ДНК, поэтому сперматозоид и яйцеклетка содержат половинный набор в количестве 23 хромосом. Мейоз -это уникальный процесс, поскольку в ходе деления клетки происходит так называемый кроссинговер -взаимный обмен участками хромосом, в результате которого хромосомы дочерних клеток отличаются от таковых в исходной клетке.
Тело человека. Снаружи и внутри. №42 2009