Форма ядра различных клеток неодинакова: встречаются клетки с округлым, овальным, бобовидным, палочковидным, многолопастным, сегментированным ядром. Чаще всего форма ядра в целом соответствует форме клетки: оно обычно сферическое в клетках округлой или кубической формы, вытянутое или эллипсоидное в призматических клетках, уплощенное в плоских. Расположение ядра варьирует в разных клетках, оно может лежать в центре (в клетках округлой, плоской, кубической или вытянутой формы), у ее базального полюса (в клетках призматической формы) или на периферии (жировые клетки). Величина ядра в среднем 5-10 мкм, и она относительно постоянна для каждого типа клеток, однако может меняться в определенных пределах, увеличиваясь при увеличении функциональной активности клетки и уменьшаясь при ее угнетении. В разных видах клеток наблюдается неодинаковое соотношение ядра и цитоплазмы. Так, например, в клетках ядерного типа — крупное ядро и узкий ободок цитоплазмы (лимфоцит), в клетках цитоплазматического типа объем цитоплазмы превосходит объем ядра (н-р, бокаловидные клетки).
Компоненты ядра.Кариолемма — или ядерная оболочка, хроматин, ядрышко и кариоплазма (ядерный матрикс или ядерный сок).
Функции ядра:
1. хранение генетической информации (в молекулах ДНК, находящихся в хромосомах)
2. реализация генетической информации, контролирующей осуществление разнообразных процессов в клетке — от синтетических до запрограммированной гибели (апоптоз)
3. воспроизведение и передачу генетической информации (при делении клетки)
Ядерная оболочка — на светооптическом уровне практически не определяется, под электронным микроскопом обнаруживается, что она состоит из двух мембран — наружной и внутренней разделенных полостью шириной 15-40 нм (перинуклеарным пространством). Наружная — покрыта рибосомами и тесно связана с гр. ЭПС. Нередко можно видеть, как наружная мембрана продолжается в канальцы гр. ЭПС. Внутренняя мембрана является местом прикрепления хромосом. В нуклеолемме имеются ядерные поры. В их состав входят поровые комплексы, в составе которых имеются: отверстие поры диаметром около 90 нм, гранулы поры и мембрана поры. Отверстие поры образуется в результате слияния наружной и внутренней мембран. Гранулы поры располагаются в 3 ряда, по 8 гранул в каждом ряду. Размеры гранул около 25 нм. От гранул к центру сходятся фибриллы, формирующие диафрагму, в середине которой лежит центральная гранула (по некоторым представлениям — это транспортируемая через пору субъединица рибосомы.
Функции комплекса ядерной поры:
1. Обеспечение регуляции избирательного транспорта веществ между цитоплазмой и ядром.
2. Активный перенос в ядро некоторых белков, имеющих особую маркировку и распознаваемой рецепторами в комплексе поры.
3. Перенос в цитоплазму субъединиц рибосом.
Чем больше пор в нуклеолемме, тем активнее ядро, если активность снижена, то количество пор уменьшается, если синтетическая активность ядра близка к нулю, то поры в ядре отсутствуют (н-р, в кариолемме ядра сперматозоида).
Хроматин занимает основную часть объёма ядра. Он представлен тёмными (электроноплотными) глыбками — т.н. гетерохроматином (функционально неактивныеотделы и целые хромосомы, которые конденсированы, образуя глыбки) и светлыми (электронопрозрачными) областями —эухроматиномэто функционально активные, участвующие в транскрипции части хромосом, которые находятся в деконденсированном (диффузном) состоянии. Причём, глыбки гетерохроматина находятся, главным образом, на периферии ядра
и прилежат к ядерной оболочке. При изменении состояния клетки или в процессе дифференцировки возможен переход части гетерохроматина в эухроматин и обратно.Таким образом, чем больше в ядре доля гетерохроматина, тем ниже функциональная активность ядра, т.е. тем меньше скорость синтеза РНК. Так, в ядре нервной клетки гетерохроматина очень мало — ядро и клетка в целом функционально очень активны. Напротив, в лимфоците наблюдается преобладание гетерохроматина. Это вполне коррелирует с очень малым объёмом цитоплазмы, которая к тому же бедна органеллами. Данная клетка циркулирует в крови, и процессы синтеза РНК и белков идут в ней с небольшой скоростью. Хроматин дает положительную реакцию на ДНК (реакция Фельгена) — ДНК окрашивается в вишневый цвет, а все прочие структуры в зеленый, также по методу Браше хроматин окрашивается метиловым зеленым в соответствующий цвет красителя. Весь хроматин в целом — это совокупность 46 хромосом. Каждая из них представляет собой нуклеопротеидный комплекс — двуцепочечную молекулу ДНК, которая определённым образом связана с ядерными белками. Содержание белков в хромосоме по массе в 1,3-1,7 раза больше, чем ДНК. Кроме того, в хромосоме обнаруживается и РНК, являющаяся продуктом транскрипции. Тарнскрипция сопровождается экспрессией рибосомных и нерибосомных генов. Ген — единица наследственной информации, состоящий из нуклеотидов.
Экспрессия нерибосомных генов:
1. Сопровождается синтезом гигантской молекулы гетерогенной и-РНК при участии катализатора ДНК-полимеразы
2. Гигантская и-РНК подвергается сплайсингу, в результате длина гигантской и-РНК укорачивается в 10-30 раз и она превращается в и-РНК.
3. и-РНК взаимодействует с белками и образует РНК-азную гранулу (интерхроматиновая гранула диаметром 30 нм).
4. Перемещаясь на перпиферию ядра интерхроматиновая гранула перезревает в перихроматиновую гранулу диаметром 45 нм.
5. Перихроматиновая гранула покидает ядро в форме информосом.
Одним из компонентов гетерохроматина может быть т.н. половой хроматин.
У мужчин в наборе хромосом каждой клетки содержатся, как известно, по одной Х- и Y-половой хромосоме. Обе они находятся в деконденсированном состоянии, т.е. входят во фракцию эухроматина. У женщин в клетках содержатся по две Х-хромосомы. Одна из них деконденсирована. Вторая же Х-хромосома всегда находится в конденсированном состоянии, образуя в ядре компактное тельце — половой хроматин. Для обнаружения полового хроматина обычно исследуют мазок крови. В нейтрофильных лейкоцитах женщин половой хроматин выявляется в виде барабанной палочки, находящейся в одном из сегментов ядра. По этому признаку в судебной медицине отличают кровь женщин от крови мужчин. В деконденсированном состоянии длина одной молекулы ДНК равна в среднем около 5 см, а общая длина молекулы ДНК всех хромосом в ядре более 2м. В этой связи очевидна необходимость компактной упаковки молекул ДНК.
Выделяют 4 уровня компактизации ДНК:
1. Нуклеосомный (длина уменьшается в 6-7 раз). Нуклеосома — это белковая частица, состоящая из основных белков — гистонов. Основа каждойнуклеосомы- глобула из 8 молекул гистонов (октамер). Двуцепочечная молекула ДНК последовательно «намотана» на огромное количество таких глобул, делая вокруг каждой из них почти по 2 оборота (1,75 раз). В участках между глобулами с ДНК связано ещё по 1 молекуле гистона. В итоге, совокупность нуклеосом выглядит как цепь бусин, а деконденсированный хроматин имеет гранулярную структуру.
2. Нуклеомерный (компактизация в 40 раз). Формируется суперспираль. Ее витки образуют нуклеосомы обвитые ДНК. Каждый виток суперспирали образован 6-ю нуклеосомами и называется нуклеомерой, ее диаметр 25-30 нм. Суперспираль — это элементарная нить эухроматина. Гетерохроматин и полностью конденсированные хромосомы тоже имеют нуклеосомную организацию. Однако здесь добавляются и следующие уровни укладки хромосомы, что приводит к резкому сокращению её длины.
3. Хромомерный (компактизация в 680 раз). Негистоновые белки сшивают
суперспираль в боковые петельные домены, с образованием хромомеры.
4. Хромонемный — связывают со сближением хромомеров, боковые петли переплетаются и образуют кластеры, которые формируют хромонему. Их диаметр от 300 нм. Кластер рассматривают, как компонент гетерохроматина, видимый в световой микроскоп, как глыбка.
5. Хроматидный уровень компактизации образуется только при делении клетки, в результате образуются митотические хромосомы, видимые в световой микроскоп. Во время деления ДНК редуплицируется, каждая дочерняя хромосома, называемая хроматидой связана в области первичной перетяжки (центромеры), она делит хроматиду на два плеча. Каждая хроматида образуется путем закручивания в спираль хромонемы. Виток спирали имеет диаметр 700 нм и содержит 18-20 хромомер.
Совокупность числа, размеров и особенностей строения хромосом называется кариотипом. Оценка кариотипа производится путем изучения хромосом в метафазной пластинке. Для кариотипирования получают культуру клеток, в которую вводят колхицин, блокирующий формирование веретена. Из таких клеток извлекают хромосомы, которые далее окрашивают и идентифицируют. Нормальный кариотип человека представлен 46 хромосомами — 22 пары аутосом и двумя половыми хромосомами. Кариотипорование позволяет диагносцировать ряд заболеваний, связанных с хромосомными аномалиями, в частности синдром Дауна — трисомия 21 хромосомы.
Ядрышко — это место образования рибосом в клетке. Оно образовано специализированными участками хромосом, которые называются ядрышковыми организаторами. У человека такие участки имеются в пяти хромосомах — 13, 14, 15, 21 и 22, где находятся многочисленные копии генов, кодирующих рибосомальные РНК. Ядрышко выявляется в интерфазном ядре на светооптическом уровне как мелкая плотная гранула, интенсивно окрашивающаяся основными красителями. При окраске по методу Браше дает + реакцию на РНК — окрашивается пиронином в розовый цвет. Оно располагается в центре ядра или эксцентрично. Размеры и число ядрышек увеличиваются при повышении функциональной активности клетки. Особенно крупные ядрышки характерны для эмбриональных и активно синтезирующих белки клеток, а также клеток быстро растущих злокачественных опухолей. Под электронным микроскопом в ядрышке обнаруживают 3 компонента.
1. центральный фибриллярный светлый компонент — окрашивается бледно, где находится ДНК ядрышкового организатора, содержащей информацию о р-РНК.
2. периферический фибриллярный компонент — в виде тонких нитей и представляет собой транскрипты р-РНК.
3 гранулярный компонент — субъединицы рибосом.
Кариоплазма — жидкий компонент ядра, в котором располагаются хроматин и ядрышко. Содержит воду и ряд растворенных и взвешенных в ней веществ: РНК, гликопротеины, ионы, ферменты, метаболиты. Некоторые авторы разделяют понятие кариоплазмы и ядерного матрикса, к последнему помимо кариоплазмы относят также и кариоскелет, состоящий из ядерной ламины и фибриллярной сети, пронизывающей ядро. Ламина это пластинка белковой природы, которая связана с внутренней мембраной. К ядерной ламине и внутриядерной фибриллярной сети крепятся хромосомы, а также
разнообразные белковые комплексы с ферментативной или регуляторной функцией.
Клеточный цикл —это время существования клетки от одного деления до другого, или от деления до гибели. Клеточный цикл включает собственно митотическое деление и интерфазу — промежуток между делениями. Интерфаза значительно более длительна, чем митоз (обычно занимает не менее 90% клеточного цикла) и подразделяется на 3 периода: пресинтетический или постмитотический (G1), синтетический (S) и постсинтетический или премитотический (G2).
G1 — наступает сразу после митоза и характеризуется активным ростом клетки и синтезом белка и РНК, благодаря чему клетка достигает нормальных размеров и восстанавливает необходимый набор органелл (продолжительность от неск часов до неск дней)
S — характеризуется удвоением (репликацией) ДНК и синтезом белков, в частности гистонов, которые поступают в ядро и обеспечивают нуклеосомную упаковку ДНК. Одновременно удваивается число центриолей. Этот период у большинства клеток длится 8-12 часов.
G2 — В течение этого периода клетка осуществляет непосредственную подготовку к делению. Происходит созревание центриолей, запасается энергия, синтезируется РНК и белки (в частности тубулины, необходимые для образования веретена деления). Продолжительность 2-4 часа. Некоторые клетки могут выходить из клеточного цикла, это обозначается буквой G0. Клетка, вошедшая в этот период, утрачивает способность к митозу. В том случае, если клетка временно утрачивает способность к делению, она подвергается начальной дифференцировке. При этом дифференцированная клетка специализируется для выполнения определенной функции, после чего она способна вновь возвратиться в клеточный цикл. Н-р, при повреждении печени гепатоциты, подвергшиеся начальной дифференцировке, возвращаются в клеточный цикл, и за счет их деления происходит быстрое восстановление ткани. Те клетки, которые окончательно утрачивают способность к делению, не могут возвратиться в клеточный цикл и погибают. Н-р, гранулоциты крови, подвергшиеся дифференцировке, функционируют в течение 8 суток, а затем погибают. Также высокоспециализированные клетки — кардиомиоциты или нервные клетки не способны делиться.
Митоз — непрямое деление. В процессе, которого происходит равномерное распределение хромосомного материала между дочерними клетками. Выделяют 4 фазы, общая продолжительность которых 2 часа. Профаза — 30-60 мин, метафаза 10-20 мин, анафаза — 2-3 мин, телофаза — 30-40 мин.
Мейоз — это такое деление, при котором в дочерних клетках оказывается половинный (гаплоидный) набор хромосом. Такое деление имеет место при образовании половых клеток. Особенности мейоза: состоит из 2-х делений, второе деление без S-периода в интерфазе, 80% времени занимает профаза первого деления. В ней выделяют периоды: 1. Лептотена — хромосомы спирализуются и приобретают вид тонких нитей. 2. Зиготена — гомологичные хромосомы конъюгируют друг с другом.Пахитена — пары хромосом ещё больше спирализуются и, утолщаясь, укорачиваются. Хромосомы обмениваются гомологичными участками (кроссинговер).Вместе с тем активируются синтезы РНК и белка. Благодаря этому, сильно увеличивается объём ядра и клетки. Диплотена — гомологичные хромосомы начинают расходиться. Но между ними сохраняются хиазмы — перекрёсты в местах происшедшего кроссинговера. Из-за ещё большей спирализации хромосомы утолщаются и подразделяются на хроматиды. Поэтому каждая пара гомологичных хромосом выглядит как тетрада. Диакинез — хиазмы исчезают из-за ещё большего расхождения гомологичных хромосом.
Амитоз — этот тип деления характеризуется тем, что хромосомный материал ядра материнской клетки может распределяться неравномерно между дочерними клетками. Такой тип деления считается ненормальным.
Полиплоидия — это процесс увеличения количества хромосом в ядре клетки. В результате образуются полиплоидные клетки. Это может происходить в результате блокирования одной из фаз митоза, либо нарушения цитотомии во время телофазы. Н-р, гепатоциты, мегакариоциты красного костного мозга, гландулоциты ацинусов слюнных желез.
Эндорепродукция — это последовательное многократное удвоение ДНК, в результате увеличивается набор хромосом, при этом хромосомы связаны тонкими нитями, эти структуры называются политенами. Характерными для клеток плаценты.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
источник
Ядро (nucleus) клетки представляет систему генетической детерминации и регуляции процессов белкового синтеза клетки.
Структура ядра и его химический состав
В состав ядра входит хроматин, ядрышко, кариоплазма (нуклеоплазма), ядерная оболочка.
В клетке, которая делится, в большинстве случаев имеется одно ядро, но встречаются клетки, которые имеют два ядра (20% клеток печени двуядерные), а также многоядерные (остеокласты костной ткани).
¨Размеры — колеблятся от 3-4 до 40 мкм.
Каждый тип клетки характеризуется постоянным соотношением объема ядра к объему цитоплазмы. Такое соотношение носит название индекса Гертвинга. В зависимости от значения этого индекса клетки делятся на две группы:
ядерные — индекс Гертвинга имеет большее значение;
цитоплазматические — индекс Гертвинга имеет незначительные значения.
¨Форма — может быть сферической, палочковидной, бобовидной, кольцевидной, сегментированной.
¨Локализация — ядро всегда локализуется в определенном месте клетки. Например, в цилиндрических клетках желудка оно находится в базальном положении.
Ядро в клетке может находится в двух состояниях:
а) митотическом (во время деления);
б) интерфазном (между делениями).
В живой клетке интерфазное ядро имеет вид оптически пустого, обнаруживается только ядрышко. Структуры ядра в виде нитей, зерен можно наблюдать только при действии на клетку повреждающих факторов, когда она переходит в состояние паранекроза (пограничное состояние между жизнью и смертью). С этого состояния клетка может вернуться к нормальной жизни или погибнуть. После гибели клетки морфологически, в ядре различают следующие изменения:
кариопикноз — уплотнение ядра;
кариорексис — разложение ядра;
кариолизис — растворение ядра.
Функции: 1) хранение и передача генетической информации,
2) биосинтез белка, 3) образование субъединиц рибосом.
Хроматин ( от греч. сhroma — цвет краска) — это основная структура интерфазного ядра, которая очень хорошо красится основными красителями и обуславливает для каждого типа клеток хроматиновый рисунок ядра.
Благодаря способности хорошо окрашиваться различными красителями и особенно основными этот компонент ядра и получил название «хроматин» (Флемминг 1880).
Хроматин является структурным аналогом хромосом и в интерфазном ядре представляет собой несущие ДНК тельца.
Морфологически различают два вида хроматина:
Гетерохроматин (heterochromatinum) соответствует частично конденсированным в интерфазе участкам хромосом и является функционально неактивным. Этот хроматин очень хорошо окрашивается и именно его можна видеть на гистологических препаратах.
Гетерохроматин в свою очередь делится на:
1) структурный; 2) факультативный.
Структурный гетерохроматин представляет участки хромосом, которые постоянно находятся в конденсированном состоянии.
Факультативный гетерохроматин — это гетерохроматин, способный деконденсироваться и превращатся в эухроматин.
Эухроматин — это деконденсированные в интерфазе участки хромосом. Это рабочий, функционально активный хроматин. Этот хроматин не окрашивается и не обнаруживается на гистологических препаратах.
Во время митоза весь эухроматин максимально конденсируется и входит в состав хромосом. В этот период хромосомы не выполняют никаких синтетических функций. В связи с этим хромосомы клеток могут находится в двух структурно-функциональных состояниях:
активном (рабочем), иногда они частично или полностью деконденсированы и с их участием в ядре происходят процессы транскрипции и редупликации;
неактивном (нерабочем, метаболического покоя), когда они максимально конденсированы выполняют функцию распределения и переноса генетического материала в дочерние клетки.
Иногда в отдельных случаях целая хромосома в период интерфазы может оставаться в конденсированном состоянии, при этом она имеет вид гладкого гетерохроматина. Например, одна из Х-хромосом соматических клеток женского организма подлежит гетерохроматизации на начальных стадиях эмбриогенеза ( во время дробления) и не функционирует. Этот хроматин называется половых хроматином или тельцами Барра.
В разных клетках половой хроматин имеет различный вид:
а) в нейтрофильных лейкоцитах — вид барабанной палочки;
б) в эпителиальных клетках слизистой — вид полусферической глыбки.
Определение полового хроматина используется для установления генетического пола, а также для определения количества Х-хромосом в кариотипе индивидума (оно равняется количеству телец полового хроматина+1).
При электронно-микроскопических исследованиях установлено, что препараты выделенного интерфазного хроматина содержат элементарные хромосомные фибриллы толщиной 20-25 нм, которые состоят из фибрилл толщиной 10 нм.
В химическом отношении фибриллы хроматина представляют собой сложные комплексы дезоксирибонуклеопротеидов, в состав которых входят:
б) специальные хромосомные белки;
Количественное соотношение ДНК, белка и РНК составляет 1:1,3:0,2. На долю ДНК в препарате хроматина приходится 30-40%. Длина индивидуальных линейных молекул ДНК колеблется в непрямых пределах и может достигать сотен микрометров и даже сантиметров. Суммарная длина молекул ДНК во всех хромосомах одной клетки человека составляет около 170 см, что соответствует 6х10 -12 г.
Белки хроматина составляют 60-70% от его сухой массы и представлены двумя группами:
¨Гистоновые белки (гистоны) — щелочные белки, содержащие основные аминокислоты (главным образом лизин, аргинин) располагаются неравномерно в виде блоков по длине молекулы ДНК. Один блок содержит 8 молекул гистонов, которые образуют нуклеосому. Размер нуклеосомы около 10 нм. Нуклеосома образуется путем компактизации и сверхспирализации ДНК, что приводит к укорачиванию длины хромосомной фибриллы примерно в 5 раз.
¨Негистоновые белки составляют 20% от количества гистонов и в интерфазных ядрах образуют внутри ядра структурную сеть, которая носит название ядерного белкового матрикса. Этот матрикс представляет основу, которая определяет морфологию и метаболизм ядра.
Ядра содержат кроме хроматиновых участков и матрикса перихроматиновые фибриллы, перихроматиновые и интерхроматиновые гранулы. Они содержат РНК и встречаются практически во всех активных ядрах.
Перихроматиновые фибриллы имеют толщину 3-5 нм, гранулы имеют диаметр 45нм и интерхроматиновые гранулы имеют диаметр 21-25 нм.
источник
РЕАКТИВНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ КЛЕТОК.
СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ КЛЕТОЧНОГО ЯДРА
Ядро клетки является ее важнейшим структурным компонентом. Его функции следующие:
1. Хранение наследственной информации в молекулах ДНК хромосом.
2. Реализация наследственной информации путем контроля в клетке синтетических процессов, а также процессов воспроизводства и гибели (апоптоза).
3. Воспроизводство и передача генетической информации при делении клетки.
4. Контроль и регуляция структурно-функционального состояния цитоплазмы, клеточной оболочки, циторецепторов.
Количество ядер, их форма, величина зависят от вида клетки и ее функционального состояния. Наиболее часто встречаются одноядерные клетки, однако у некоторых клеток (например, гепатоцитов и др.) в связи с интенсификацией функций может встречаться несколько ядер. Известны гистологические структуры (например, симпласты в поперечнополосатой мышечной ткани), для которых многоядерность является постоянным признаком.
Форма ядер, как правило, зависит от формы клеток. Ядро может быть уплощенным в плоских, округлым в кубических, эллипсоидным в призматических клетках. Встречаются сегментированные, палочковидные, лопастные ядра. Расположение ядра также может быть различно: они могут лежать в центре клетки, эксцентрично, в базалыюй части.
Размеры ядра в целом зависят от функционального состояния клетки: в функционально активных клетках ядро имеет крупные размеры и наоборот. Крупные размеры характерны также для полиплоидных ядер. В организме человека встречаются так называемыепостклеточные структуры, иногда также неправильно называемые клетками: зритроциты, роговые чешуйки эпителия кожи, кровяные пластинки (тромбоциты). В них отсутствуют ядра, которые теряются в ходе специфической дифференцировки. В постклеточных структурах подавляющее большинство характерных для клетки процессов отсутствует, они в течение определенного времени выполняют одну или несколько функций, а затем гибнут.
В интерфазной клетке ядро состоит из 4 компонентов (рис. 4.1):
1. Хроматин (как часть хромосом).
1. ХРОМАТИН.Хроматином называется интерфазная форма существования хромосом. Структурное состояние хромосом существенно меняется в интерфазных ими-тотически делящихся клетках. В интерфазе хромосомы находятся в частично или полностьюдеконден-сированном состоянии. При этом большая их часть становится невидимой в световом микроскопе. Области деконденсации хромосом являются активными, здесь идет транскрипция ДНК. Такие области называютсяэухроматином. Конденсированный, или плотный хроматин имеет выраженную базофилию и виден в микроскопе. Эти неактивные участки хромосом иначе называютсягетерохроматином. В
световом микроскопе гетерохроматин иидеи и форме гранул или глыбок, окрашенных основными красителями в характерный для красителя цвет и распределенных но ядру или относительно равномерно, или зонально. Иногда распределение гетерохроматина создает картину спин колеса (в плазмоцитах). Часть гетерохроматина прилежит к кариолемме —примем-бранный хроматин, — а также сосредоточена вокруг ядрышек —иеринукле-олярный хроматин.
Гетерохроматин делится на два вида:
1. Конститутивный хроматин — это такой гетерохроматин, с которого никогда ни в одной клетке не идет считывание информации и виде и-РНК. В хромосомах это обычно области вблизи центромеров.
2. Факультативный гетерохроматин — это хроматин, количество которого заметно варьирует в разных клетках: его совсем мало в эмбриональных клетках, а по мере дифференцировки клеток содержание этого хроматина увеличивается. В синтезирующих белок клетках количество факультативного хроматина снижено.
Поскольку красителями окрашивается только гетерохроматин, то степень окраски ядра зависит от его количества. Темноокрашенное ядро обычно характерно для функционально неактивной клетки. При активации клетки соотношение эухроматин/гетерохроматин изменяется в пользу эухроматина, и ядра функционально активных клеток светлые, слабоокрашенные.
2. ЯДРЫШКО. Это плотный структурный компонент ядра. В клетке может быть от одного до нескольких ядрышек. Ядрышко — это совокупность участков 10 хромосом (13, 14, 15, 21, 22 пары) (рис. 4.2, а). Эти участки называют ядрышковыми организаторами. Они находятся в областивторичных перетяжек хромосом и представлены многочисленными копиями генов рибосомальных РНК (рРНК). Следовательно, в ядрышках с ДНК ядрышковых организаторов происходит считывание информации в виде рибосомальной РНК.
В световом микроскопе ядрышко определяется как плотноокрашенная основными красителями глобула размером от 1 до 3 мкм, не имеющая оболочки. Располагается как в центре ядра, так и эксцентрично. Интенсивно окрашивается на рибонуклеопротеиды. Размеры ядрышка тем больше, чем выше функциональная активность клетки.
В электронном микроскопе ядрышко состоит из двух основных частей: фибриллярного (представлен первичными цепями рибосомальной РНК) игранулярного (предшественники рибосом). Иногда выделяют третий,аморфный компонент ядрышка, который представляет собой собственно ядрыш-ковые организаторы.
Ядрышко подвергается характерным изменениям в митотическом цикле (рис. 4.2, б). Во время митоза оно исчезает, потому что хромосомы спирализируются и расходятся, прекращается синтез РНК на ядрышковых организаторах. При этом ядрышко постепенно распадается на 10 частей (столько же, сколько и хромосом, его образующих), которые постепенно исчезают. После митоза ядрышко вновь восстанавливается: вначале образуется 10 мелких ядрышек; они сливаются и образуют одно—два ядрышка.
Функции ядрышка — синтез рибосомальной РНК и образование рибосом. При транскрипции генов ядрышковых организаторов вначале образуется гигантская молекула-предшественница рРНК. Она связывается с белками, синтезированными в цитоплазме и поступившими в ядро. Образуются рибопуклеопротеиды (РНП), которые подвергаются растеплению на более мелкие фрагменты, соединяющиеся с добавочными молекулами белка. Одна часть этих фрагментов превращается вбольшие, другая часть — вмалые субъединины рибосом.
3. ЯДЕРНАЯ ОБОЛОЧКА, или кариолемма. На светомикроскопичес-ком уровне она видна как тонкая пластинка, окружающая ядро. В электронном микроскопе состоит из двух мембран, которые имеют такое же строение, как все биологические мембраны (рис. 4.3). Наружная мембрана переходит в мембраны эндоплазматической сети. На ней могут быть рибосомы. Со стороны цитоплазмы наружная мембрана окружена сетью промежуточных виментиновых филамеитов. Между двумя мембранами есть перинуклеарное пространство шириной 20—40 им. Оно является аналогом полостей гранулярной ЭГТС и может содержать продукты белкового синтеза.
Внутренняя мембрана кариолеммы гладкая. При помощи стрруктурных белков она связана с плотно прилежащей к ней ламиной, илиядерной пластинкой, которая имеет толщину до 300 нм и состоит из сгущения промежуточных филаментов. С ламиной контактируют промежуточные фи-ламенты, формирующие в ядре фибриллярную сеть и образующиекариос-келет. Ламина поддерживает форму ядра, участвует в организации пор, способствует упорядоченному расположению хроматина. Она также участвует в формировании кариолеммы при делении клеток.
Две ядерные мембраны в отдельных участках переходят одна в другую. Эти места являются порами кариолеммы (рис. 4.3). В порах находятся гранулярные и фибриллярные структуры, которые вместе образуюткомплекс поры. По краю поры лежат 8 гранул, а в центре находится центральная гранула. К ней от периферических гранул идут фибриллы. Формируется структура, похожая на колесо со спицами. В комплексе поры имеется три таких структуры, которые лежат на разных уровнях, формируя три этажа. Гранулы пор связаны с белками ламины, участвующей в их организации. В комплексе поры содержатся особые рецепторы, распознающие поступающие в ядро белки и осуществляющие их активный перенос.
Число пор зависит от метаболической активности клеток: чем выше синтетические процессы, тем выше содержание пор. В среднем в ядерной оболочке содержится 2000—4000 пор. В сперматозоидах ядерные поры полностью отсутствуют.
3. Регуляция транспорта веществ, в том числе и рибосом, из ядра в цитоплазму и наоборот. Комплекс пор играет в этом наибольшее значение (роль диафрагмы и активного транспортера).
4. ЯДЕРНЫЙ СОК — КАРИОПЛАЗМА. Это жидкий компонент ядра. Представляет собой коллоидный раствор сложных белков, углеводов, нуклеотидов. В состав кариоплазмы входят также различные ионы и метаболиты. Среди белков наибольшее значение имеют гистоны, ферменты, структурные белки. Функции кариоплазмы:
1. Создает микросреду для всех структур ядра, в которой может происходить быстрая диффузия метаболитов.
2. Перемещение рибосом, м-РНК и т-РНК к ядерным норам.
ХРОМОСОМЫ. Хромосомы видны полностью только в митозе. Наиболее удобно изучать их в метафазе (метафазн^» хромосомные пластинки). Основными химическими элементами хромосимы являются ДНК и белки (рис. 4.4). Комплекс ДНК с белками (в основном с гистонами) формирует фибриллярную структуру —элементарную хромосомную фибриллу,имеющую нуклеосомную организацию. Каждая нуклеосома представляет собой комплекс из 8 молекул гистонов(гистоновый октамер). Вокруг него молекула ДНК образует около 2 оборотов. Участки ДНК, связывающие соседние нуклеосомы, называютсялинкерной ДНК. Следующим уровнем организации хромосомы являетсянуклеомерная организация, или уровень хроматиновой фибриллы. В ней нуклеосомы объединяются внуклеомеры, причем каждый нуклеомер состоит из 8—10 нуклеосом и имеет диаметр около 30 нм. Хромосомы образованы хроматиновыми фибриллами (хрома-тидами) в интерфазе. В ходе последующей упаковки нуклеомер подвергается суперспирализации и превращается вхромомер, содержащий петельные домены. Петельный домен имеет диаметр до 300 им и соответствует одному или нескольким генам. Хромомер далее за счет сунерспирализации укорачивается, образуются конденсированные хромосомы, видимые только в митозе клетки.
МОРФОЛОГИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ ХРОМОСОМ
Каждая хромосома в световой микроскоп выглядит в виде палочки (рис. 4.5). У большинства хромосом можно увидеть первичную перетяжку — центромер, иликинетохор. Он делит хромосомы на два плеча. Если длина плеч одинакова, такие хромосомы называютсяметацентрическими. Если одно плечо больше, то хромосомы являютсясубметацентрическими. Хромосомы с очень коротким одним плечом называютсяакроцентрически-ми. Иногда на хромосомах естьвторичные перетяжки, отделяющие от хромосомы маленький участок —сателлит. В области вторичных перетяжек находятся ядрышковые организаторы.
Согласно Денверской классификации хромосом (Денвер, США, 1960), учитывающей размеры хромосом, расположение первичных, вторичных перетяжек и наличие спутника, все хромосомы делятся на 7 групп (А, В, С,D,E,F,G) (рис. 4.5,б). Существует такжеПарижская (1971) классификация хромосом. В ее основу положенадифференциальная окраска хромосом некоторыми красителями. Эта окраска выявляет в хромосомах чередующиеся светлые и темные полосы (гетеро- и эухроматиновые районы), уникальные для каждой пары хромосом. Дифференциальная окраска позволяет достоверно отличить одну пару хромосом от другой.
Все хромосомы вместе образуют кариотип. Среди хромосом естьсоматические, илиаутосомы (рис. 4.5, б), иполовые хромосомы. Соматические хромосомы образуютгомологические (похожие) пары. У человека таких пар 22. Половые хромосомы различаются в мужском и женском организме. В женском организме есть две Х-хромосомы, в мужском — половые хромосомы различные,XиY, причемY-хромосомы определяют пол мужчины.
СПОСОБЫ РЕПРОДУКЦИИ КЛЕТОК
Универсальным механизмом размножения клеток является митоз, илинепрямое деление. Разновидностями митоза являютсямейоз иэндо-митоз. Иногда как самостоятельный способ репродукции рассматриваютамитоз, или прямое деление. Однако в последнее время большинство цитологов отрицают существование амитоза у эукариотических клеток.
МИТОЗ. Это непрямое деление клетки, связанное с изменениями ее ядра. В митозе имеется 4 фазы: профаза; метафаза; анафаза; телофаза (рис. 4.6, 4.7).
В ПРОФАЗУ происходят следующие события:
1. В результате спирализации и конденсации хроматина становятся видны хромосомы. Каждая хромосома состоит из двух лежащих рядом сестринских хроматид.
2. Исчезает ядрышко, т.к. на ядрышковых организаторах прекращается синтез р-РНК и они расходятся в связи с конденсацией хромосом.
3. Из микротрубочек цитоплазмы формируется веретено деления. Центрами его организации становятся разошедшиеся к полюсам центриоли. Микротрубочки веретена деления прикрепляются к центромерам хромосом, в области которых из особых белков формируются кинетохоры. В дальнейшемкинето-хоры сами могут служить центрами организации микротрубочек.
4. Распадается на мелкие фрагменты, превращается в мембранные пузырьки и становится неотличимой от ЭПС ядерная оболочка. По-ровый комплекс и ламина распадаются на субъединицы.
МЕТАФАЗА. Все хромосомы располагаются в экваторе клетки и удерживаются в этом положении микротрубочками веретена деления. Сестринские хроматиды отходят друг от друга, разделяясь щелью, но остаются соединенными в области центромеры. Хромосомы формируют метафазную пластинку, илиматеринскую звезду.
АНАФАЗА. Сестринские хроматиды, из которых состоят хромо-сомы, отделяются друг от друга и в области центромеры и начинают расходиться к полюсам клетки со скоростью до 1 мкм/мин. Анафаза обычно длится несколько минут.
Механизм движения хроматид к полюсам не совсем ясен. Предполагают, что сигналом к движению является резкое повышение в гиалоплазме концентрации ионов кальция. Возможно, причина движения заключается в деполимеризации микротрубочек веретена с конца, прикрепленного к кинетохорам. По другим представлениям, оиа кроется во взаимодействии таких сократимых белков, как актин, миозин и динеин, которые сосредоточиваются вокруг веретена деления. Разошедшиеся к полюсам сестринские хроматиды формируют дочерние звезды.
ТЕЛОФАЗА. Когда разделенные дочерние хроматиды подходят к полюсам, кинетохорные трубочки исчезают. Вокруг каждой группы дочерних хроматид из мембранных пузырьков и агранулярной ЭПС образуется новая ядерная оболочка, а из имеющихся в цитоплазме субъединиц — норовые комплексы и ламипа. Конденсированный хроматин начинает деспирализо-ваться, разрыхляться. Появляются ядрышки. Происходит распределение органелл между клетками. Затем, благодаря актииовым филаментам, в центре клетки по периметру образуется сократимое кольцо (рис. 4.7, 4.8). Оно постепенно сжимается и образует борозду деления, которая углубляется и в конце концов разделяет материнскую клетку па две клетки. Это явление называется цитотомией.
Наряду с описанным нормальным митозом могут наблюдаться атипичные и патологические митозы. При них может иметь место неравномерное распределение генетического материала между дочерними клетками —анэуплоидия. Могут наблюдаться также аномалии хромосом —хромосомные аберрации, часто возникающие после рентгеновского облучения. Патологические митозы характерны для опухолевых клеток.
ЭНДОМИТОЗ — это вариант митоза, когда редупликация хромосом не заканчивается образованием двух клеток. Есть несколько вариантов эн-домитоза, отражающих степень «продвинутое™» митоза: 1. ПОЛИТЕНИЯ — явление, при котором в результате редупликации ДНК происходит увеличение размеров хромосом во много раз. Имеет место у беспозвоночных животных.
2. ПОЛИПЛОИДИЯ — увеличение количества хромосом, обычно кратное двум. В полиплоидных клетках в последующем может происходить разделение (сегрегация) геномов, и такие клетки распадаются на несколько клеток с диплоидным набором хромосом. Эти изменения некоторые исследователи рассматривают как проявление амитоза.
3. Образование ДВУЯДЕРНЫХ И МНОГОЯДЕРНЫХ КЛЕТОК. Они возникают тогда, когда ядро делится, но цитотомия не происходит. Многоядерные клетки в последующем могут путем цитотомии разделиться с образованием одноядерных (вариант амитоза).
Эидомитоз в конечном счете приводит к увеличению размеров клетки и ее функциональных возможностей, поэтому его можно рассматривать как механизм приспособления или адаптации клетки к изменяющимся условиям внешней среды.
АМИТОЗ, или прямое деление клетки. В последнее время большинство исследователей отрицают его существование и значение для организма. Поэтому во многих руководствах амитоз вообще не рассматривается как способ репродукции клеток.
Амитоз — деление клетки без изменений со стороны хромосомного аппарата. Он проходит путем простой перетяжки ядра и цитоплазмы без выявления хромосом и образования веретена деления. Одной из форм амитоза является сегрегация геномов — множественная перешнуровка полиплоидного ядра с образованием мелких дочерних ядер с обычным генотипом.
Те исследователи, которые допускают существование амитоза, различают реактивный амитоз (ответная реакция на внешние факторы),патологический амитоз (в условиях патологии),регенераторный амитоз (при регенерации поперечно-полосатой мышечной ткани),дегенеративный амитоз (в стареющих клетках).
МЕЙОЗ. Это деление половых клеток, вариант митоза. При помощи мейоза образуются клетки с гаплоидным набором хромосом.
Мейоз состоит из двух последовательных митотических делений: МЕЙОЗ Iи МЕЙОЗ И.
Мейоз Iназываютредукционным делением, т.к. в нем происходит редукция, уменьшение хромосомного набора в два раза. МейозIимеет сложную профазу, состоящую из 5 периодов, или фаз:
— ЛЕПТОТЕНА — хромосомы приобретают вид длинных тонких нитей;
— ЗИГОТЕНА — в ней происходит конъюгация гомологичных хромосом;
— ПАХИТЕНА — в эту фазу хромосомы укорачиваются и утолщаются;
— ДИПЛОНЕМА — характеризуется расщеплением хромосом на две половинки — хроматиды. Образуются тетрады, состоящие из четырех хроматид; — ДИАКИНЕЗ — хромосомы сильно укорачиваются в результате спи рализации и отходят друг от друга.
Дальнейшие фазы мейоза I(метафаза, анафаза, телофаза) такие же. как в митозе, но к полюсам отходят не хроматиды, а целые хромосомы. Это и приводит к редукции хромосомного набора.
В мейозе IIк полюсам отходят хроматиды, как в митозе. Подробнее о мейозе — в разделе «Эмбриология», см. рис. 5.5.
КАК ПОКАЗАТЕЛЬ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО
Отношение площади или объема ядра к площади или объему цитоплазмы называется ядерно-цитоплазматическим отношением (ЯЦО). Ядер-но-цитоплазматическое отношение показывает, в каком состоянии находится клетка. Если это отношение равно или больше 1, это значит, что в клетке большое ядро и мало цитоплазмы. Такое отношение могут иметь стволовые клетки, малые лимфоциты, стареющие клетки. Эти клетки функционально неактивны, однако обладают способностью делиться, например, стволовые клетки. Наоборот, клетки, у которых ЯЦО меньше 1, имеют большой объем цитоплазмы и, следовательно, большое количество органелл. Они высокодифференцированы и способны активно функционировать.
МИТОТИЧЕСКИЙ ЦИКЛ. ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ КЛЕТКИ
Митотическнй цикл — это время от одного до второго деления клетки. Его подразделяют насобственно митоз иинтерфазу. В свою очередь, интерфаза делится на 3 периода (рис. 4.9,1):
1. G,-период. В нем активируются обменные процессы, необходимые для синтеза ДНК. Характеризуется ростом клеток, синтезом белка и РНК. Клетка восстанавливает нужный объем органелл и достигает обычных размеров. Синтезируются также специальныебелки-активаторы S-периода.
2. S-период — период синтеза, удвоения ДНК в ядре, хромосомы полностью реплицируются. Одновременно удваиваются центриоли.
3. С2-период — синтез и-РНК, р-РНК, белков тубулинов, из которых синтезируется веретено деления. Полностью созревают дочерние центриоли. Запасается энергия. Затем наступает М-период, или собственно митоз.
ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ — это время от одного деления до второго или до смерти клетки. Есть три основных вида тканевых клеток, различающихся по жизненному циклу (рис. 4.9):
1. Стволовые клетки. Эти клетки способны к постоянному делению митозом. За счет них поддерживается тканевой гомеостаз. Жизненный цикл таких клеток будет составлять время от одного деления до второго, т.е. совпадает с митотическим циклом. Несмотря на неограниченные спо-собности к делению и дифференпировке, стволовые клетки делятся очень редко и после завершения митоза пребывают в продленном С,-нериодс (иногда его называютGo-периодом). После деления стволовые клетки превращаются вполустволовые клетки, которые, наоборот, интенсивно делятся, восполняя клеточные потери. 2.Дифференцированные клетки.
а) Необратимые постмитотические клетки. Такие клетки делятся митозом только в эмбриональном периоде, а затем после достижения популяцией необходимого объема полностью теряют способность к делению. Примером таких клеток являются нейроны, сердечные мышечные клетки. Жизненный цикл этих клеток состоит из следующих периодов:митотичес-кий цикл + детерминация (или определение пути дифференцировки) + диф-ференцировка (появление специфических черт строения клетки для выполнения специфической функции) + специализация («обучение» функции, заключительные этапы дифференцировки) + период активного функционирования + старение + смерть клетки.
б) Обратимые постмитотические клетки. Эти клетки (например, клетки печени) характеризуются тем, что могут выходить из митотического цикла и переходить в состояниеG0, или покоя. При этом они имеют возможность для двух путей своего развития: или возвратиться в митотический цикл и делиться, или необратимо дифференцироваться и приступить к функции. Такие клетки являются резервом ткани.
ТИПЫ КЛЕТОЧНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ (СООБЩЕСТВ).
МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ ГОМЕОСТАЗА В РАЗЛИЧНЫХ ТИПАХ КЛЕТОЧНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ
В многоклеточном организме численность любой клеточной популяции жестко регулируется. Механизмы тканевого гомеостаза сложны и многогранны. На их полюсах находятся митоз и аноптоз (запрограммированная клеточная гибель, см. ниже).
Как отмечалось, существует три вида соматических клеток в зависимости от их жизненного цикла: стволовые; постмитотически обратимые; постмитотически необратимые. Из сочетания этих клеточных типов формируются клеточные популяции (например, ткани). По соотношению в клеточных популяциях клеток с различными клеточными циклами французский ученый К. Лсблоп разделил все клеточные системы (ткани и органы) па три большие группы.
1. Статические (стационарные) клеточные популяции. К этой группе он отнес такие клеточные популяции, в которых в зрелом состоянии имеются только дифференцированные клетки и полностью отсутствуют стволовые клетки. К таким клеточным популяциям относятся нервная и сердечная
мышечная ткани. В них клетки в процессе дифференцировки необратимо к’ряют способность к делению, и общее число клеток не может увеличиваться. Напротив, с течением времени определенная часть клеток погибает путем амонтоза, а при старении организма этот процесс усиливается.
2. Растущие (увеличивающиеся в размерах) клеточные популяции. К :>той группе относятся клеточные популяции с очень низким в норме темпом пролиферативных процессов. Одновременно и потеря клеток очень низка. Такие популяции содержат: 1) очень незначительное количество стволовых клеток (по мнению некоторых авторов, они вообще отсутствуют); 2) дифференцированные клетки; 3) покоящиеся клетки.
Примером такого типа популяций может служить паренхима печени, почек, щитовидной железы. В эмбриогенезе популяция гепатоцитов размножается с большой скоростью, в начале постнаталыгого развития число активно размножающихся гепатоцитов снижается, а продолжительность митотического цикла возрастает. У взрослых животных количество их падает до очень незначительных величин. Вместе с тем, при определенных ситуациях (удаление части органа) покоящиеся клетки быстро возвращаются в митотический цикл и, размножаясь, восстанавливают численность клеточной популяции.
3. Обновляющиеся популяции клеток. В этих популяциях достаточно интенсивное воспроизводство клеток уравновешивается такой же интенсивной их потерей за счет апоптоза. Такие популяции состоят из: 1) относительно небольшой фракции стволовых клеток, которые, делясь и дифференцируясь в зрелые клетки, поддерживают численность клеточной популяции. Эти клетки большую часть своего жизненного цикла проводят в состоянии продленного С,-периода. 2) постмитотически необратимых клеток, выполняющих основные функции популяции.
В зависимости от типа клеточной популяции различны и механизмы поддержания ее гомеостаза.
1. В статических клеточных популяциях регуляторные механизмы направлены на регуляцию апоптоза.
2. В растущих клеточных популяциях регуляторные механизмы могут быть направлены на:
1) изменение процесса входа или выхода клеток в(из) состояние(я) покоя; 3) изменение длительности митотического цикла клеток; 2) изменение скорости дифференцировки клеток; 4) изменение интенсивности апоптоза клеток.
3. В обновляющихся клеточных популяциях регуляция может быть приложена к: 1) выходу или входу стволовой клетки из(в) продленного(ый) Go-период; 2) изменению длительности митотического цикла стволовых клеток; 3) изменению интенсивности апоптотической гибели клеток, которая в нормальных условиях достаточно высока.
В последнем случае численность клеточной популяции будет зависеть от соотношения митотической активности и апоптотической гибели клеток: а) при уравновешивании их популяция находится в стационарном состоянии; б) при преобладании пролиферативных процессов отмечается прирост клеток, гипертрофия ткани, адаптация к вредным факторам; в) при преобладании апоптотической гибели наблюдается убыль клеточной популяции, что может иметь место при возвращении ткани после гипертрофии к исходному состоянию, атрофии ткани (малокровие, язвы и т.д.).
В покоящихся клетках существует ряд механизмов, поддерживающих макромолекулы в состоянии равновесия, необходимого для жизнедеятельности, и предотвращающих их гибель в неблагоприятных условиях. Благодаря этому покоящиеся клетки могут пребывать в состоянии покоя неограниченно долго, при этом в определенной мере выполняя некоторые специфические функции (в первую очередь это относится к клеткам, вышедшим в состояние покоя после С2-периода). В состоянии покоя может происходить репарация поврежденной ДНК.
Для покоящихся клеток характерны следующие признаки:
1. По размерам они меньше пролиферирующих клеток.
2. В них более, чем в делящихся клетках, конденсирован хроматин.
3. В этих клетках низкий уровень синтеза ДНК.
4. Снижено содержание РНК при одновременном повышении процессов ее синтеза и распада.
5. Снижена проницаемость цитолеммы.
6. Снижена интенсивность метаболизма и дыхательная активность.
И ОРГАНИЗМЕННЫЕ МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ
ВЛИЯНИЕ РАДИАЦИИ НА ДЕЛЕНИЕ КЛЕТОК
Регуляция деления клеток осуществляется на разных уровнях.
1. ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЙ УРОВЕНЬ.
а) ГЕНОМНО-ЯДЕРНЫЙ УРОВЕНЬ. Осуществляется путем действия генов, ответственных за митоз. В клеточном геноме имеются «ранние» и «поздние» гены пролиферативного ответа. «Ранними» генами являются гены fosи туе, «поздними» —ras,myb-гены. Продуцируемые этими генами белки стимулируют вступление клетки в митоз и увеличивают его скорость.
б) Цитоплазма может влиять на ядро с помощью различных растворимых факторов, так называемых триггерных белков, которые подавляют или активируют митоз.
в) Компоненты цитолеммы (белки и гликопротеины) клетки могут оказывать регулирующее влияние на ее митотическую активность. Очевидно, они участвуют в таком феномене, как контактное торможение размножения, но могут выступать в роли самостоятельного регуляторного механизма.
2. МЕЖКЛЕТОЧНЫЙ УРОВЕНЬ регуляции митоза:
а) Эффект контактного торможения размножения. Заключается в том, что при тесном контакте мембран двух клеток их деление подавляется. Это влияние опосредуется через плазмолемму, цитоскелет и передается на ядро. Эффект контактного торможения размножения объясняет, почему в культуре ткани клетки растут только в виде монослоя. Раковые же клетки не обладают этим эффектом, они растут беспорядочно, нарушая монослой. Аналогичным образом они ведут себяinvivo.
б) Кейлонная регуляция. Кейлоны — вещества белковой природы. Они вырабатываются дифференцированными клетками, но способны действовать на стволовые клетки, подавляя их митоз. Кроме кейлонов, клетки выделяют еще специфические факторы роста,индукторы, которые стимулируют митоз. За счет кейлонов и индукторов регулируется постоянство клеточного состава тканей.
3. На ОРГАНИЗМЕННОМ УРОВНЕ регуляция деления идет за счет нервной, эндокринной, иммунной систем. Нервная система может как подавлять, так и стимулировать деление клеток в тканях-мишенях. Клетками эндокринной и иммунной системы вырабатывается большое количестворостовых факторов, которые стимулируют клеточное деление:эпидер-мальный, тромбоцитарный факторы роста, фактор роста нервов, фибробластов, инсулиноподобные факторы и др. Некоторые гормоны стимулируют, другие — подавляют размножение клеток. К гормонам-стимуляторам митотической активности клеток относят гормон роста, инсулин, тиреоидные гормоны и др. Подавляют размножение клеток глюкокор-тикоиды (гормоны коры надпочечников). Один и тот же гормон может оказывать на клетки разных органов различное влияние. Например, половые гормоны стимулируют деление клеток в половых органах, но подавляют его в зонах роста костей. Глюкокортикоиды подавляют деление клеток в большинстве органов, но могут стимулировать его в печени.
Митоз является достаточно чувствительным к действию вредных внешних факторов процессом. Он может подавляться действием различных химических веществ, в том числе и лекарственных препаратов. Вещества, деполимеризующие микротрубочки веретена деления (например, колхицин), останавливают митоз в метафазе. Это используется для получения препаратов так называемых метафазных хромосом, которые наиболее удобны для изучения их строения. Эти же вещества используются для лечения опухолей. Радиация оказывает повреждающее влияние на митоз. Мито-тические хромосомы изменяют форму, возникают их разрывы, иногда с последующим неправильным соединением фрагментов. Порой отдельные хромосомы исчезают вообще. Наблюдаются аномалии веретена деления. Оно может иметь не два, а три полюса. В некоторых случаях хромосомы делятся, а деления ядра не происходит. В результате возникают большие ядра с полиплоидным набором хромосом. Если поражение радиацией сильное, то клетка теряет способность к делению.
МЕХАНИЗМЫ КЛЕТОЧНОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ
Способность клетки или ткани восстанавливать утраченные части называется регенерацией. В зависимости от уровня ее реализации регенерация подразделяется навнутриклеточную регенерацию ирегенерацию на клеточном уровне. Внутриклеточная регенерация — восстановление старых, разрушившихся органелл клетки, например, митохондрий, а также поврежденных частей клетки.
В зависимости от назначения регенераторного процесса регенерация подразделяется на физиологическую ирепаративную (посттравматическую) регенерацию. Физиологическая регенерация — это восстановление старых, подлежащих замене компонентов клетки или целых клеток. Репаративная регенерация — восстановление клеток после повреждения. После повреждения наряду с регенераторным процессом, как правило, происходят икомпенсаторные, адаптивные изменения в клетке, направленные на уменьшение последствий возможного повторного повреждения. Если в результате количество органелл увеличивается, то это явление называетсягиперплазией органелл. Если количество органелл остается тем же, но увеличиваются их размеры, то это явление называетсягипертрофией органелл. Может наблюдаться сочетание гипертрофии и гиперплазии органелл. В результате указанных изменений клетка увеличивается в размерах(гипертрофия клетки) и становится менее чувствительной к действию вредных факторов.
Клеточная регенерация — это регенерация ткани за счет увеличения числа клеток путем митоза. Подробнее о регенерации — в общей гистологии.
РЕАКТИВНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ КЛЕТОК.
ПОНЯТИЕ О ГИПЕРПЛАЗИИ И ГИПЕРТРОФИИ КЛЕТОК.
Реактивные изменения клеток — изменения структуры и функции клеток под воздействием внешних факторов. Если внешний фактор не вызы-иает гибели клеток, то в клетках происходят компенсаторные изменения, направленные на уменьшение последствий вредного воздействия внешнего фактора. Эти изменения могут быть следующими:
1. Внешний фактор активирует деление клеток. При этом клеток становится больше, и в результате распределения фактора на большее количество клеток они легче переносят его воздействие.
2. Внешний фактор воздействует на клетку, которая не может делиться. При этом в клетке активируется синтез белка, органелл, происходит их гиперплазия и гипертрофия. В результате клетка увеличивается в размерах и становится менее чувствительной к действию фактора. В первом случае мы имеем дело с гиперплазией клеток, во втором — с их гипертрофией.
3. Внешний фактор может привести к образованию полиплоидных и двуядерных клеток. Такие клетки больше по размерам, функционально более активны и менее чувствительны к повреждающему фактору.
4. Внешний фактор может вызвать усиление метаболизма и функциональной активности клеток. Это один из вариантов реакции клеток на внешний раздражитель. Может происходить увеличение клеточной поверхности и усложнение ее формы, что в определенной степени ведет к снижению интенсивности внешнего воздействия на единицу площади клетки. Как проявление реакции на внешние стимулы может активироваться фагоцитоз клеток, особенно тех, у которых он является основной функцией. Может возрастать двигательная активность клеток. Мышечные клетки на стимуляцию ответят сокращением, нервные — нервным импульсом, секреторные — усилением выработки и выделения секрета и т.д.
5. Любые достаточно сильные внешние воздействия вызывают в клетках стрессорные реакции, протекающие стереотипно. При этом происходит активация определенных генов, обеспечивающих синтез специальных защитных белков при одновременной блокаде других синтетических процессов. Эти защитные белки названыбелками теплового шока (БТШ), поскольку первоначально были обнаружены в клетках при воздействии на них высокой температуры. БТШ носят универсальный характер, обладают собственной повышенной устойчивостью и одновременно предотвращают повреждение (агрегацию, коагуляцию) других клеточных белков, способствуют расщеплению возникших патологических белковых конгломератов.
6. При воздействии на клетку запредельных факторов она подвергается разрушению — некрозу. Обычно некроз захватывает целые группы клеток. Морфологические изменения при этом касаются и ядра, и цитоплазмы. В ядре могут происходить такие изменения. Под действием активированного лизосомалыгаго фермента ДНКазы ядерная ДНК расщепляется на фрагменты различной длины, что ведет к изменению расположения хроматина: он скапливается в виде крупных глыбок под кариолеммой. В дальнейшем с ядром могут происходить следующие изменения: — КАРИОПИКНОЗ — сморщивание ядра, уменьшение его в размерах до полного исчезновения;
— КАРИОЛИЗИС — растворение ядра с постепенным исчезновением в нем всех структур. Ядро приобретает вид бесструктурного пузырька;
— КАРИОРЕКСИС — разрыв ядра на отдельные фрагменты, которые затем разрушаются.
Лишенная в результате одного из этих трех процессов ядра клетка становится нежизнеспособной и постепенно гибнет.
В цитоплазме происходит дегенерация органелл. Цистерны ЭПС расширяются, гранулярная ЭПС полностью лишается рибосом. Матрикс митохондрий просветляется, расширяется межмембранное пространство, в дальнейшем разрушаются кристы; в конечном итоге мембраны митохондрий разрываются и митохондрии разрушаются. Повреждаются мембраны лизосом, ферменты которых выходят в цитозоль и участвуют в разрушении структур .цитоплазмы. Повреждение клеточных мембран связано с накоплением в гиалоплазме клетки кальция, который активирует связанные с мембранами ферментыфосфолипазы. В цитоплазме идет образование вакуолей —вакуольная дистрофия, накопление нетипичных белковых или жировых включений —белковая, жировая дистрофия. Активация лизосом приводит к аутолизу клетки и фагоцитозу ее макрофагами.
ГЕНЕТИЧЕСКИ ЗАПРОГРАММИРОВАННАЯ КЛЕТОЧНАЯ ГИБЕЛЬ (АПОПТОЗ)
Апоптоз часто называют физиологической, альтруистической гибелью клетки (в отличие от некроза, представляющего собой патологическую гибель клетки, смерть клетки от «несчастного случая»). Термин «апоптоз» (от греч.apoptosis— листопад) предложил в 1971 году Г. Керр, основываясь на внешнем сходстве апоптозных клеток с опадающими листьями: апоптозная клетка сморщивается и как бы выпадает из общего контекста ткани.
Апоптоз является противоположностью митоза и генетически опосредован. В геноме каждой клетки наряду с генами пролиферации имеются гены апоптоза. Один из наиболее изученных механизмов индукции апоп-тоза — экспрессия гена Fas/Apo-1 (CD95). Находясь на противоположиых полюсах жизненного цикла клеток, митоз и апоптоз осуществляют регуляцию тканевого гомеостаза. Интересно, что одни и те же факторы в зависимости от конкретной ситуации могут выступать индукторами (ингибиторами) как митоза, так и апоптоза.
Апоптоз индуцируется через рецепторы клеточной оболочки. Общую схему опосредования апоптоза можно представить следующим образом:
Изменения ядра. В результате правильной межнуклеосомной фрагментации ДНК происходит закономерная «упаковка» хроматина в ядре в виде своеобразных полулуний под кариолеммой. Ядро сильно уплотняется, иногда с зазубринами (рис. 4.10а). В дальнейшем ядро распадается на несколько частей, окруженных мембраной (проявления кариопикноза и ка-риорексиса, но не кариолизиса).
Изменения в цитоплазме. В результате прогрессивного активного распада клеточных органелл цитоплазма сжимается и уплотняется. В ней появляются оксифильные включения. Из-за сжатия цитоплазмы клетка оказывается окруженной своеобразным светлым бесструктурным ободком.
Изменения клеточной поверхности. На поверхности клетки появляются многочисленные выпячивания и углубления (блеббинг). Выпячивания могут содержать неразрушенные органеллы и остатки ядра. В последующем эти выпячивания отшнуровываются, и клетка распадается на окруженные мембраной фрагменты —апоптозные тела, которые фагоцитируются местными макрофагами.
Апоптоз, являясь одним и.ч важнейших факторов регуляции тканевого гомсостаза, так же, как и митоз, подвергается жесткой регуляции на разных уровнях. ‘ 3
1 Геномно-ядерный уровень. Наиболее изученным механизмом индукции апоптоза являет-ся экспрессия генаFas/APO-1. Этот ген продуцирует специальный рецептор на клеточной поверхности, АРО-1, возбуждение которого запускает программу клеточного суицида. Одним из специфически связывающихся с рецептором АРО-1 факторов, запускающим апоптоз, являетсяфактор некроза опухолей, продуцируемый макрофагами. На молекулярном уровне задействованы различные цитокины, ростовые и апоптозиндуцирую-щие факторы.
2. На межклеточном и тканевом уровне регуляция апоптоза осуществляется различными популяциями клеток. Например, клетки Лангерганса эпидермиса могут запускать апоптоз кератиноцитов. Подобная роль, во всяком случае, установлена для клеток Лагерганса многослойного эпителия шейки матки. Индуцировать апоптоз могут лимфоциты и, возможно, другие клетки.
источник