Размножение на клеточном уровне. Жизненный цикл и деление клетки. Митоз. Амитоз. Мейоз

1.

Медицинская биология
лекция
размножение на клеточном
уровне
жизненный цикл и деление
клетки
митоз амитоз мейоз

2.

Содержание лекции
Клеточный цикл
Способы деления клетки
Нарушения митоза и мейоза
Факторы роста
Жизнь клетки вне организма
Организация клетки во времени
Клонирование клеток

3.

• В организме человека из одной
зиготы в результате
митотических циклов
образуется 247 = 1014 клеток
• В организме 200 разных клеток

4.

Классификация клеток по способности к
делению
Недифференцированные
стволовые клетки (постоянно
делятся, унипотентны)
Мультипотентные,
плюрипотентные стволовые
клетки
Дифференцированные
клетки: а) (длительное время
могут не делиться,
Дифференцированные клетки
б) (теряют способность к
делению и переходят к фазе
терминальной
дифференцировки),
в) Долгоживущие
дифференцированные
терминальные клетки
(функционируют всю жизнь)
Клетки базального слоя эпителия
кожи, клетки эпителия кишечника,
клетки семенных канальцев
Стволовые клетки красного
костного мозга образуют клетки
крови. Эмбриональные
стволовые клетки
Гепатоциты, клетки селезенки.
Лимфоциты
Эритроциты, гранулярные клетки
кожи, клетки хрусталика глаза
Жировые клетки, кардиомиоциты,
фоторецепторы (палочки,
колбочки), клетки скелетной
мускулатуры

5.

Организация жизни клетки
• Клеточный ,или
жизненный цикл –
период от момента
образования клетки
до ее гибели или до
конца следующего
деления (рост,
дифференцировка,
выполнение
функций, периоды
покоя, подготовка к
делению, деление)
• Митотический
(пролиферативный)
цикл – период
подготовки клетки к
делению
(интерфаза) и само
деление (митоз).
• В эмбриональный
период МЦ
продолжается 6
часов, у взрослого
человека –
несколько суток

6.

Митотический цикл.
Митоз – способ деления
соматических клеток

7.

интерфаза
• Пресинтетический период- G1.
• Формула - 2n 2c, хромосомы
однохроматидные.
• Рост клетки, выполнение функций, синтез РНК,
белков, нуклеотидов ДНК, увеличивается
количество рибосом,из цитоплазмы в ядро
поступает до 90% белков.
• Часть клеток из этой фазы переходит в фазу
G0, функционирует и погибает без деления,
• Составляет 30 – 40% клеточного цикла, длится
10 – 12 часов.
• Синтетический период-S.
• Формула - 2n 4c, хромосомы двухроматидные.
• Репликация молекул ДНК,
• Удваивается количество гистонов,
• составляет до 50%, длится 8 – 10 часов.

8.

• Постсинтетический период - G2 составляет 10 –
20%, длится 3 – 4 часа,
• формула - 2n 4c, хромосомы двухроматидные,
• клетка готовится к митотическому делению,
накапливается энергия,
• синтезируется РНК, ядерные белки, белки
ахроматинового веретена деления (тубулины).
Меняется вязкость цитоплазмы, изменяется
ядерно- цитоплазматическое соотношение от 1/6
до 1/89.
• Клетка начинает делиться.

9.

10.

Фазы митоза
• Профаза: спирализация хромосом,
растворение ядрышек и ядерной
оболочки, увеличение объема ядра,
расхождение центросом к полюсам
клетки, формирование нитей веретена
деления и их прикрепление к
центромерам хромосом. Хромосомы
устремляются к экватору клетки. 2п 2хр
4с
• Метафаза: спирализация хромосом
достигает максимума, они
располагаются в одной экваториальной
плоскости (метафазная пластинка). 2п
2хр 4с

11.

• Анафаза: быстрая репликация центромерных
участков ДНК, деление хромосом на две
хроматиды, сокращение нитей веретена
деления, расхождение хроматид (дочерних
хромосом) к полюсам. 2n lxp 2c
• Телофаза: формирование оболочек ядер
будущих дочерних клеток, деспирализация
хромосом, появление ядрышек, исчезновение
митотического аппарата. Митоз
заканчивается цитокинезом. Образуется 2
клетки, в которых набор генетического
материала 2n lxp 2c.

12.

• Причины наступления
митоза:
• изменение ЯЦС,
• “митогенетические лучи”,
действие раневых гормонов.
• Митотический индекс
(МИ) – показатель
митотической активности ткани,
характеризует удельное
значение фракции клеток,
находящихся в митозе, на 1000
изученных на цитологическом
препарате

13. Категории клеточных комплексов (по митотической активности)

• Стабильные (низкая митотическая активность) — митозы
не обнаруживаются (нейроны, кардиомиоциты), клетки
сохраняются всю жизнь.
• Растущие (средняя митотическая активность) — в стадии
митоза отдельные клетки. Из таких клеточных комплексов
состоят почки, некоторые железы, мышцы.
• Обновляющиеся (высокая митотическая активность) —
группы однородных клеток с большим числом митозов.
Число образующихся клеток восполняет число погибающих
— ежедневно гибнет 7х1010 клеток кишечного эпителия с
продолжительностью жизни 2 дня, 2х109 эритроцитов (живут
125 дн.). Клетки кожного эпидермиса, ткань семенников и
кроветворных органов.

14.

Регуляция митоза
• Внутриклеточные
факторы регуляции
митоза:
стимулирующие –
циклинзависимые
киназы и факторы роста
( образуются в
эмбриональный период,
пример cdk –
протоонкогены; MRF –
«фактор созревания»
регулирует все события
митоза);
• останавливающие
митоз – супрессоры
опухолевого роста,
например,P-53 «страж
генома человека»
принимает участие в
остановке митоза и
запуске процессов
апоптоза.

15.

Нарушения митоза – соматические мутации, по
наследству не передаются, являются причиной
соматических заболеваний (болезни клеточного
цикла)
• Морфофизиологическая классификация
выделяет 3 типа патологических
митозов:
• повреждения веретена деления
митотического аппарата (геномные
мутации),
• повреждения хромосом (хромосомные
мутации),
• нарушения цитокинеза.

16. Биологическое значение митотического цикла

ОБЕСПЕЧИВАЕТ:
• Преемственность хромосом в ряду
клеточных делений,
• Поддержание постоянства числа
хромосом,
• Равномерное распределение хромосом
и генетической информации между
дочерними клетками

17.

Эндомитоз
• ЭНДОМИТОЗ - умножение числа хромосом в ядрах
растений и животных без деления ядра.
• Эндомитоз — процесс, при котором клетка проходит
S-период клеточного цикла с последующим
разделением ядра, но без разделения цитоплазмы
(G1 — S — G2 — G1; М-фаза отсутствует).
• Результатом эндомитоза является образование
полиплоидных клеток с кратным увеличением
хромосомного набора ( 4с, 8с, 16с) без разборки
ядерной оболочки (отличие с амитозом).
• Эндомитоз найден в клетках регенерирующей
печени, трофобласта и плаценты, мегакариоцитах
костного мозга.
• С генетической точки зрения, эндомитоз – геномная
соматическая мутация.

18.

политения
• Политения – явление кратного увеличения
содержания ДНК в хромосомах при сохранении их
диплоидного количества.
• Политения (от поли... и лат. taenia — повязка, лента)
приводит к значительному увеличению плоидности
ядер (до 32768 n у хирономуса), впервые описана
французским цитологом Э. Бальбиани в 1881г..
• Политения— результат многократных репликаций
хромосом без последующего деления).
• Для гигантских хромосом характерна специфичность
расположения дисков, что позволяет составлять
цитологические карты хромосом и изучать
функциональную активность их отдельных участков.
• Политенные хромосомы изучены у классического
объекта генетики – Dr. melanogaster.

19.

Политенные хромосомы

20.

• Амитоз - прямое деление ядра, впервые был
описан немецким биологом Р. Ремаком
(1841); термин предложен гистологом В.
Флеммингом (1882).
• В отличие от митоза ядерная оболочка и
ядрышки не разрушаются, веретено деления
в ядре не образуется,
• хромосомы остаются в рабочем
(деспирализованном) состоянии,
• ядро перешнуровывается,
• деления тела клетки — цитотомии, как
правило, не происходит. Обычно амитоз не
обеспечивает равномерного деления ядра и
отдельных его компонентов.
• Обычно амитоз следует за эндомитозом.

21.

амитоз

22.

амитоз
• . Во время амитоза клетка сохраняет
свойственную ей функциональную
активность.
• Во многих случаях амитоз и двуядерность
сопутствуют компенсаторным процессам,
протекающим в тканях (например, при
функциональных перегрузках, голодании,
после отравления или денервации).
• Обычно амитоз наблюдается в тканях со
сниженной митотической активностью.

23.

• В большинстве случаев при амитозе возникает
двуядерная клетка, при повторных амитозах могут
образовываться многоядерные клетки ( клетки
печени, поджелудочной и слюнных желёз, нервной
системы, эпителия мочевого пузыря, эпидермиса)
• Существует представление об амитозе как способе
нормализации ядерно-плазменных отношений в
полиплоидных клетках путём увеличения отношения
поверхности ядра к его объёму.
• Представления об амитозе как форме дегенерации
клеток не подкрепляются современными
исследованиями.
• Несостоятелен и взгляд на амитоз как на форму
деления клеток; имеются лишь единичные
наблюдения амитотического деления тела клетки, а
не только её ядра.
• Правильнее рассматривать амитоз как
внутриклеточную регулятивную реакцию.

24.

мейоз

25.

26.

• Мейоз (от греч. meiosis — уменьшение) способ деления клеток, в результате
которого происходит уменьшение
(редукция) числа хромосом в два раза,
• одна диплоидная клетка (содержащая два
набора хромосом) после двух быстро
следующих друг за другом делений даёт
начало 4 гаплоидным (содержащим по
одному набору хромосом).

27.

• Перед мейозом происходит удвоение
количества ДНК в клетке (интерфаза). В ходе
двух делений мейоза ДНК делится поровну
между 4 клетками.
• В результате первого (редукционного)
деления мейоза пары гомологичных
хромосом разъединяются и расходятся в 2
клетки (редукция числа хромосом). Каждая
хромосома сохраняет две продольные
половины — хроматиды.
• В результате второго (эквационного) деления
хроматиды расходятся в разные клетки и
каждая из 4 сестринских клеток получает по
одной хроматиде..

28.

• Первое деление мейоза принципиально отличается
от митоза, а второе — это митоз в клетках с
гаплоидным числом хромосом.
• Во время мейоза, перед редукцией числа хромосом,
происходит обмен участками гомологичных
хромосом — кроссинговер.
• Мейоз — условие формирования половых клеток
(гамет).
• Биологическое значение мейоза заключается в
поддержании постоянства кариотипа в ряду
поколений организмов данного вида и обеспечении
возможности рекомбинации хромосом и генов при
половом процессе
• Мейоз длится много дольше митоза. У человека во
время овогенеза мейоз ( стадия диктиотены)
останавливается на срок до нескольких лет.

29.

• Профаза I мейоза
• Формула 2n 4c
• Лептотена
• Профаза I начинается
со стадии лептотены:
• конденсация хромосом,
• сестринские хроматиды
тесно сближены и
каждая хромосома
кажется одиночной
(отдельные хроматиды
не различимы вплоть до
поздней профазы ).

30.

• Зиготена
• Стадия спаривания хромосом. Коньюгация
гомологичных хромосом.
• Каждую пару хромосом, образовавшуюся в I
профазе мейоза , называют бивалентом,
каждая гомологичная хромосома бивалента
состоит из двух хроматид (тетрада).
• Пахитена
• обмениваются участками хроматиды из двух
спаренных хромосом (кроссинговер). В
пахитене перекресты еще не видны, но позднее
все они проявляются в виде хиазм . X- и Yхромосомы конъюгируют не полностью.

31.

• Диплотена
• гомологичные хромосомы начинают
отталкиваться и остаются связанными только в
местах хиазм
• Диакинез- заканчивается спирализация
хромосом, видно, что каждый бивалент
содержит четыре отдельные хроматиды ,
причем каждая пара сестринских хроматид
соединена центромерой , тогда как
несестринские хроматиды, претерпевшие
кроссинговер , связаны хиазмами .

32.

• Метафаза
I-го деления мейоза
• Формула 2n 4c
• - хиазмы ещё
сохраняются; биваленты
выстраиваются в средней
части веретена деления
клетки, ориентируясь
центромерами
гомологичных хромосом к
противоположным
полюсам веретена.

33.

• Анафаза
I-го деления мейоза
• Формула 2n 4c
• Гомологичные хромосомы
расходятся к полюсам,
• каждая хромосома пары может
отойти к любому из двух
полюсов, независимо от
расхождения хромосом др. пар.
Число возможных сочетаний при
расхождении хромосом равно 2n,
где n — число пар хромосом. 223
= 8 млн. комбинаций
• В отличие от анафазы митоза,
центромеры хромосом не
расщепляются и продолжают
соединять 2 хроматиды в
хромосоме, отходящей к полюсу

34.

• Телофаза
I-го деления мейоза
• Формула - n 2c
• у каждого полюса
начинается
деспирализация
хромосом и
формирование
дочерних ядер и
клеток.

35.

Интерфаза (Интеркинез)
между I-м и II-м делениями
мейоза

36.

Эквационное деление мейоза
Профаза II (n 2c), метафаза II (n 2c), анафаза II (2n 2c) и
телофаза II (n c) проходят быстро; при этом в конце
метафазы II расщепляются центромеры, и в анафазе II
расходятся к полюсам хроматиды

37.

Анафаза II-го деления мейоза
Телофаза II-го деления мейоза

38.

Цитокинез II-го деления мейоза

39. Механизмы рекомбинации генов и хромосом

• Результат случайного распределения разных
материнских и отцовских гомологов между
дочерними клетками при первом делении
мейоза (8 млн. комбинаций)
• Кроссинговер в профазе I мейоза ( у
человека в каждой паре гомологичных
хромосом кроссинговер происходит в
среднем в 2-3 точках)

40.

Нарушения мейоза
• Образование гамет с набором
хромосом, нехарактерным для данного
вида ( в результате нерасхождения
хромосом, из таких гамет формируются
неполноценные эмбрионы, большая
часть погибает)
• Образование гамет с хромосомами
измененной структуры

41.

Факторы роста (ФР)
10-10 моль/л
• ФР – регуляторные пептиды (тканевые гормоны)
стимулируют или ингибируют деление и
дифференцировку различных клеток и являются
основными переносчиками митогенного сигнала
клетки.
• В отличие от гормонов продуцируются
неспецифическими клетками.
• Важны для процессов развития эмбриона и
поддержания клеточного баланса взрослого
организма (обновление клеток кожи, кишечника,
кроветворной системы).

42.

• Наиболее изучены:
• Фактор роста тромбоцитов (ФРТ) – стимулирует переход
неделящихся клеток из Go в G1.
• Инсулиноподобный фактор роста I (ИФР I) – фактор
прогрессии, необходим для вступления в S – фазу.
• Эпидермальный фактор роста (ЭФР) необходим в
интервале между 2 и 6 часами.
• Фактор роста тромбоцитов (ФРТ) активен при выходе
клетки из фазы G0.
• Трансформирующий фактор (ТРФ) является ингибитором
перехода из фазы G0 в фазу G1.
• Колониестимулирующий фактор роста
• Фактор роста фибробластов (ФРФ)
• Фактор некроза опухолей (ФНО)
• Интерлейкин - 1
• Интерлейкин -2
• Эндотелин -1.

43.

Жизнь клетки in vitro
клонирование клеток
• Идея Клода Бернара
• Цели культивирования:
• 1- использование культивированных клеток
для репродукции и накопления вирусного
материала при производстве вакцин,
• 2- получение трансгенных клеток и тканей,

44.

• 3- получение моноклональных антител (из
одной клетки получают популяцию клонирование и если исходная клетка
продуцировала антитела, то в надосадочной
жидкости все молекулы антител будут
одинаковы). Методика получения МКА (Г. Кёлер
и Ц. Мильштейн, 1975г.) путём получения
клеточных гибридов или путём инъекции
гибридомы в брюшную полость мышки,
• 4- культивирование диплоидных клеток для
получения продуктов, предназначенных для
людей (первые клоны — Эрл с сотр., 1948г.,
линия НДС WI — 38 - Хейфлик и Мурхед,
1961г.),
• 5 - Современные направления
культивирования животных клеток: получение
культуры клеток и культуры органов и тканей.

45.

• Получение культуры клеток
• Клетки: (соединительной ткани
человека — фибробласты, скелетные
ткани — кости и хрящи, сердечные и
гладкие мышцы, эпителиальные ткани,
клетки нервной системы, эндокринные
клетки, меланоциты
• Использование: для замещения или
восстановления поврежденных тканей,
например, использование
фибробластов при заживлении ран,
эпителизации, лечении ожогов, лечении
пародонтоза в стоматологии, в