Размножение или воспроизведение себе подобных — свойство всех живых организмов
Жизнь каждой клетки ограничена.
По этой причине для длительного существования в многоклеточном организме должен происходить процесс образования новых клеток со скоростью гибели старых клеток.
Одно из самых важных явлений в организме — деление клеток.
Что такое деление клетки? Как происходит деление клетки?
Согласно клеточной теории, образование новых клеток происходит только из предыдущих. Это образование и называется научным термином «деление клеток»
Одноклеточные организмы зарождаются в результате образования зиготы и слияния гамет. Зигота делится достаточно интенсивно и образует миллиарды новых клеток, которые получают дифференциацию, растут и формируют ткани с органами.
Рост и обновление многих структур в многоклеточных организмах связаны с процессом размножения клеток — пролиферацией.
После того как новый организм сформирован, клетки постепенно утрачивают способность размножаться.
Периодически они делятся — это связано с необходимостью замещения погибших клеток, а также поддержания целостности тканей, органов и организма в целом.
Какие клетки не делятся?
Не могут делиться эритроциты, нейроны и мышечные клетки.
Не делятся те клетки, которые утратили способность к клеточному циклу, имеют сложные функции, не совместимые с процессами деления, лишенные ядра, либо со сложной структурой.
Нервные клетки практически не способны делиться после завершения дифференцировки, так как у них высокоспециализированная структура и функции.
Мышечные поперечно-полосатые клетки не делятся, потому что образуют длинные многоядерные волокна.
Эритроциты или красные клетки крови не имеют ядра и не могут делиться, образуются из предшественников в костном мозге.
Клетки сердечной мышцы, кардиомиоциты, способны регенерировать в младенческом возрасте, но практически не делятся у взрослых.
Как происходит деление клеток?
Деление клеток происходит в результате митоза и мейоза. Рассмотрим процесс пошагово на примере митоза.
Интерфаза или подготовительный этап, во время него клетка растет, ДНК удваивается, формируются две сестринские хроматиды, связанные в области центромеры.
Центросомы — органеллы, участвующие в делении, тоже дублируются.
Во время профазы хромосомы конденсируются (спирализуются) и становятся видимыми в микроскоп, ядрышки исчезают, ядерная оболочка начинает разрушаться. Из микротрубочек формируется веретено деления, оно отвечает за распределение хромосом.
В прометафазу разрушается ядерная оболочка, веретено деления прикрепляется к центромерам хромосом через специальные структуры кинетохоры. Хромосомы продолжают конденсироваться и начинают двигаться к экватору клетки.
В метафазу хромосомы образуют метафазную пластинку, выстраиваясь в экваториальной области клетки. Веретено деления удерживает хромосомы в стабильном положении, готовит к разделению.
В анафазу центромеры разделяются, за счет укорачивания трубочек веретена сестринские хроматиды перемещаются к противоположным полюсам клетки. Каждая хроматида становится самостоятельной хромосомой.
В телофазу хромосомы раскручиваются (деспирализуются), вокруг каждой группы хромосом формируется новая ядерная оболочка, веретено деления распадается. Клетка готовится к окончательному разделению.
В цитокинез делится цитоплазма. При этом в животных клетках появляется перетяжка, которая постепенно углубляется до тех пор, пока не разделит клетку на две.
В растительных клетках формируется клеточная пластинка, которая становится новой стенкой.
Значение процесса размножения клеток
Размножение или воспроизведение себе подобных — важное свойство всех живых организмов, включая бактерий.
Благодаря этому процессу обеспечивается непрерывное существование во времени всех видов растений и животных, поддерживается их численность и наследственность между поколениями.
Возникновение новых клеток возможно только путем деления или размножения уже существующих.
Процесс деления клетки — это то, что определяет рост, индивидуальное развитие и непрерывное самообновление тканей многоклеточных организмов.
Поддержание жизни особей многоклеточных организмов обусловлено именно размножением клетки, потому что клетки живут гораздо меньше, чем отдельные особи.
Деление клеток — залог размножения и индивидуального развития организма.
Что контролирует деление клеток?
Деление клеток контролируют регуляторные белки циклины и циклин-зависимые киназы, а также специальные сигналы и механизмы, которые в эукариотическом цикле называются контрольными точками клеточного цикла.
Контрольные точки проверяют ключевые процессы, такие как репликация ДНК, выравнивание хромосом на ошибки, если ошибки находятся, останавливают цикл до их исправления. Активность циклин-CDK-комплекcов регулирует переход клетки из одной фазы цикла в другую, обеспечивает последовательность событий.
Что замедляет деление клеток?
Деление клеток замедляют как внутренние, так и внешние факторы.
Укорочение теломер до критической длины
запускает программу старения и останавливает деление клетки.
Теломеры или концевые участки хромосом становятся короче при каждом делении, защищая концы хромосом от повреждений.
Хроническое повреждение ДНК запускает механизмы контроля, которые замедляют или прекращают деление, чтобы не передать мутацию.
При старении (сенесценции) клетки перестают делиться, что связано с накопившимися повреждениями, укорочением теломер и активацией защитных механизмов.
Внешние факторы, такие как курение, химиотерапия, радиация, токсические вещества вызывают повреждения и замедляют деление клеток.
Энергодефицит также снижает способность клетки делиться.
Kлеточное старение
Исторически считалось, что клеточное старение — это эволюционный защитный механизм, направленный на предотвращение развития опухолей и других патологий.
В этом плане сенесценцию можно сравнить с апоптозом, так как оба процесса запускаются в ответ на схожие триггеры и играют важную роль в механизме подавления неоплазий
(патологических изменений, связанных с ненормальным ростом клеток), останавливая или устраняя потенциально опасные клетки в организме.
Впрочем, позже выяснилось, что сенесценция по своей природе предельно двояка.
Ошеломляющим стало открытие, что в период эмбриогенеза некоторые клетки стареют!
Оказалось, что клеточное старение происходит в различных местах эмбриона млекопитающих в процессе его развития и отвечает за устранение нежелательных клеток, а также за ремоделирование тканей по мере их формирования .
Более того, за правильную регенерацию мы тоже обязаны клеточному старению.
Например, если у рыбки данио-рерио ампутировали плавник, то в месте повреждения скапливались стареющие клетки, и через 30 дней ткани успешно регенерировались. Однако, если стареющие клетки удалялись, это приводило к нарушению регенерации и неполному восстановлению плавника..
Кто понял жизнь - тот не спешит
Подводя итог, по современным представлениям, клетка стареет в результате накопления повреждений.
Скорость этого накопления определяется, в первую очередь, генетически определёнными затратами на ремонт и поддержку клеточных структур, которые в свою очередь определяются организмом для удовлетворения своих экологических потребностей.
Долгоживущие организмы имеют большие затраты (иногда более длительный метаболизм), что приводит к более медленному накоплению повреждений.
Для борьбы с риском, который представляют собой повреждённые клетки, организм создал систему механизмов для борьбы с ними, которые часто включают ряд компромиссов.