Мітоз, його біологічне значення, патологія

Мітоз -mitos (грец. - нитки) - непрямий поділ клітини, універсальний спосіб поділу еукаріотичних клітин.

Головні події митотического циклу полягають у редуплікації (Самоудвоение) спадкового матеріалу материнської клітини і в рівномірному розподілі цього матеріалу між дочірніми клітинами. Вказаних подій супроводжують закономірні зміни хімічної та морфологічної організації хромосом - ядерних структур, в яких зосереджено понад 90% генетичного матеріалу еукаріотичної клітини (основна частина внеядерная ДНК тваринної клітини знаходиться в мітохондріях).

Хромосоми у взаємодії з позахромосомних механізмами забезпечують: а) зберігання генетичної інформації; б) використання цієї інформації для створення і підтримки клітинної організації; в) регуляцію зчитування спадкової інформації; г) подвоєння генетичного матеріалу; д) передачу його від материнської клітини дочірнім.

Мітоз - безперервний процес, який ділиться на фази.

У мітозі можна виділити чотири фази. Головні події по окремих фаз представлені нижче.

Профаза (0,60 часу від всього мітозу, 2n4c)

Збільшується обсяг ядра. Хромосоми спирализуются, стають видимими, коротшають, товщають, набувають вигляду ниток. У цитоплазмі зменшується кількість структур шорсткою мережі. Різко скорочується число полісом. Центриоли клітинного центру розходяться до полюсів клітини, між ними мікротрубочки утворюють веретено поділу. Ядро руйнується. Ядерна оболонка розчиняється, хромосоми виявляються в цитоплазмі

Метафаза (0,05 часу)

Спирализация досягає максимуму. Хромосоми шикуються в екваторіальній площині клітини (метафазної пластинка). Микротрубочки веретена поділу пов'язані з кінетохор хромосом. Мітотичний веретено повністю сформовано і складається з нетей, що з'єднують полюси з центромерами хромосом. Кожна хромосома поздовжньо розщеплюється на дві хроматиди (дочірні хромосоми), з'єднані в області кінетохора.

Анафаза (0,05 часу)

Центромери роз'єднуються, зв'язок між хроматидами порушується, і вони в якості самостійних хромосом переміщаються до полюсів клітини зі швидкістю 0,2-5 мкм / хв. Рух хромосом забезпечується взаємодією центромерних ділянок хромосом з мікротрубочками веретена поділу. По завершенні руху на полюсах збирається два рівноцінних повних набору хромосом.

Телофаза (0,3 часу)

Реконструюються інтерфазних ядра дочірніх клітин. Хромосоми, що складаються з однієї хроматиди, знаходяться біля полюсів клітини. Вони деспирализуются і стають невидимі. Утворюється ядерна оболонка, нитки ахроматинового веретена розпадаються. В ядрі формується ядерце. Відбувається поділ цитоплазми (цитотомія і цитокинез) і утворення двох дочірніх клітин. У клітинах тварин цитоплазма ділиться шляхом перетяжки, впячиванием цитоплазматичної мембрани від країв до центру. У клітинах рослин - в центрі утворюється мембранна перегородка, яка росте у напрямку до стінок клітини. Після утворення поперечної цитоплазматичної мембрани у рослин утворюється целлюлярная стінка.

Біологічне значення мітозу: утворення клітин зі спадковою інформацією, яка якісно і кількісно ідентична інформації материнської клітини. Забезпечення сталості каріотипу в ряду поколінь клітин. Мітоз служить клітинним механізмом процесів росту і розвитку організму, його регенерації і безстатевого розмноження. Таким чином, мітоз є загальним механізмом відтворення клітинної організації еукаріотичного типу в індивідуальному розвитку.

Порушення тієї чи іншої фази мітозу призводять до патологічних змін клітин. Відхилення від нормального перебігу процесу спирализации може привести до набухання і злипання хромосом. Іноді спостерігається відрив ділянки хромосоми, який, якщо він позбавлений центромери, не бере участі в анафазного переміщенні до полюсів і втрачається. Відставати при русі можуть окремі хроматиди, що призводить до утворення дочірніх ядер з незбалансованими хромосомними наборами. Пошкодження з боку веретена поділу призводять до затримки мітозу в метафазі, розсіюванню хромосом. При зміні кількості центриолей виникають багатополюсні або асиметричні мітози. Порушення цитотомії призводить до появи дво- і багатоядерних клітин.

На основі мітотичного циклу виник ряд механізмів, за допомогою яких в тому чи іншому органі кількість генетичного матеріалу і, отже, інтенсивність обміну можуть бути збільшені при збереженні сталості числа клітин.

Ендомітоз. При впливі на клітини речовинами руйнують мікротрубочки веретена, розподіл припиняється, а хромосоми будуть продовжувати цикл своїх перетворень: реплицироваться, що призведе до поетапного утворення поліплоїдних клітин - 4n, 8n і т.д. Такий процес перетворень інакше називається ендорепродукціей. Здатність клітин до Ендомітоз використовують в селекції рослин для отримання клітин з кратним набором хромосом. Для цього застосовують колхіцин, вінбластин, руйнують нитки ахроматинового веретена. Поліплоїдні клітини (а потім і дорослі рослини) відрізняються великими розмірами, вегетативні органи з таких клітин великі, з великим запасом поживних речовин. У людини ендорепродукція має місце в деяких гепатоцитах і кардіоміоцитах. Подвоєння ДНК клітини не завжди супроводжується її поділом на дві. Оскільки механізм такого подвоєння збігається з предмітотіческой редуплікацією ДНК і воно супроводжується кратним збільшенням кількості хромосом, це явище отримало назву ендомітозу. З генетичної точки зору, Ендомітоз - геномна соматическая мутація.

Політенія. При політенії в S-періоді в результаті реплікації і нерасхожденія хромосомних ниток утворюється многонітчатая, політенії структура. Від митотических хромосом вони відрізняються великими розмірами (довше в - 200 разів). Зустрічаються такі клітини в слинних залозах двокрилих комах, в макронуклеусах інфузорій. На політенних хромосомах видно здуття, пуфи (місця транскрипції) - вираз генної активності. Ці хромосоми - найважливіший об'єкт генетичних досліджень. Ендомітоз і політенія призводять до утворення поліплоїдних клітин, що відрізняються кратним збільшенням обсягу спадкового матеріалу. У таких клітинах на відміну від диплоїдних гени повторені більш ніж два рази. Паралельно зі збільшенням числа генів зростає маса клітини, що підвищує її функціональні можливості. В організмі ссавців полиплоидизация з віком властива печінковим клітинам.

Аномалії мітотичного циклу. Митотический ритм, зазвичай адекватний потребі відновлення старіючих, загиблих клітин, в умовах патології може бути змінений. Уповільнення ритму спостерігається в старіючих або маловаскуляризованих тканинах, збільшення ритму - в тканинах при різних видах запалення, гормональних впливах, в пухлинах і ін.

Аномалії розвитку мітозів. Деякі агресивні агенти, діючи на фазу S, уповільнюють синтез і дуплікацію ДНК. До них відносяться іонізуюча радіація, різні антиметаболіти (метатрексат, меркапто-6-пурин, флюоро-5-урацил, прокарбозін і ін.). Їх використовують для протипухлинної хіміотерапії. Інші агресивні агенти діють на фази мітозу і перешкоджають утворенню ахроматичні веретена. Вони змінюють в'язкість плазми, які не розщеплюючи нитки хромосом. Таке цитофізіологічної зміна може спричинити за собою блокаду мітозу в метафазі, а потім - гостру смерть клітини, або мітонекроз. Мітонекрози часто спостерігаються, зокрема, в пухлинної тканини, в осередках деяких запалень з некрозом. Їх можна викликати за допомогою подофілліна, який застосовується при лікуванні злоякісних новоутворень.

Аномалії морфології мітозів. При запаленні, дії іонізуючої радіації, хімічних агентів і особливо в злоякісних пухлинах виявляються морфологічні аномалії мітозів. Вони пов'язані з важкими метаболічними змінами клітин і можуть бути позначені як «абортивні мітози». Прикладом такої аномалії служить мітоз з анормальним числом і формою хромосом; трьох-, чотирьох- і мультиполярні мітози.

Багатоядерні клітини. Клітини, що містять безліч ядер, зустрічаються і в нормальному стані, наприклад: остеокласти, мегакаріоцити, синцитіотрофобласти. Але вони доручаються часто і в умовах патології - наприклад: клітини Ланганс при туберкульозі, гігантські клітини сторонніх тіл, безліч пухлинних клітин. Цитоплазма таких клітин містить гранули або вакуолі, число ядер може коливатися від декількох одиниць до декількох сотень, а обсяг відбитий в назві - гігантські клітини. Походження їх вариабельно: епітеліальні, мезенхімальні, гістіоцитарні. Механізм формування гігантських багатоядерних клітин різний. В одних випадках їх утворення зумовлене злиттям мононуклеарних клітин, в інших воно здійснюється завдяки поділу ядер без поділу цитоплазми. Вважають також, що їх утворення може бути наслідком деяких аномалій мітозу після опромінення або введення цитостатиків, а також при злоякісному рості.

Пряме розподіл або амитоз - це розподіл клітини, у якій ядро ​​знаходиться в интерфазном стані. При цьому не відбувається конденсації хромосом і утворення веретена поділу. Формально амитоз повинен призводити до появи двох клітин, однак найчастіше він призводить до поділу ядра і появи двох-або багатоядерних клітин.

Починається амитотическое розподіл з фрагментації ядерець, слідом за цим ділиться перетяжкою ядро ​​(або инвагинацией). Може бути множинне розподіл ядра, як правило, нерівній величини (при патологічних процесах). Численні спостереження показали, що амитоз зустрічається майже завжди в клітинах відживаючих, дегенерують і не здатних дати надалі повноцінні елементи. У нормі амитотическое розподіл зустрічається в зародкових оболонках тварин, в фолікулярних клітинах яєчника, в гігантських клітинах трофобластов. Позитивне значення амитоз має в процесі регенерації тканин або органу (регенеративний амитоз). Амитоз в старіючих клітинах супроводжується порушеннями біосинтетичних процесів, включаючи реплікацію, репарацію ДНК, а також транскрипцію і трансляцію. Змінюються фізико-хімічні властивості білків хроматину ядер клітин, склад цитоплазми, структура і функції органоїдів, що тягне за собою функціональні порушення на всіх наступних рівнях - клітинному, тканинному, органному і організмовому. У міру наростання деструкції і згасання відновлення настає природна смерть клітини. Нерідко амитоз зустрічається при запальних процесах і злоякісних новоутвореннях (індукований амитоз).