Живі організми складаються з маленьких одиниць – клітин, вивченням яких займається біологія і генна інженерія. Життєвим циклом клітини є період існування елемента з моменту появи шляхом ділення материнської клітини до подальшого розвитку і періоду загибелі. Різні організми мають різну тривалість життєвого циклу. Наприклад, у бактерії він займає до 20 хвилин, у інфузорії-туфельки — від 10 до 20 годин.
Загальна характеристика
Процес розмноження, диференціації і загибелі визначає розмноження, формування і загибель організму. Від нього залежить збереження не тільки структурного, але і статичного гомеостазу, здійснення процесу передачі даних від однієї клітини до іншої і можливість організму розвиватися. А також завдяки розмноженню клітин здійснюється етап регенерації і можливість живого організму протистояти негативним факторам навколишнього середовища.
При найменших порушеннях в цих діях можуть розвиватися різні захворювання або відхилення в розвитку організму. Завдяки вивченням в області генної інженерії та застосуванню сучасних технологій з’явилася можливість контролювати і впливати на ці фази.
Це забезпечує можливість лікування хвороб на ранніх стадіях, процес профілактики онкологічних, серцево-судинних і нейродегенеративних хвороб. Зараз можна не тільки боротися з цими проблемами, а й контролювати сам етап появи небезпеки і пошук ефективних способів реабілітації.
Що стосується досліджень і вивчень в області того, з яких етапів складається клітинний цикл, то значення вивчень відображено в 6 Нобелівських преміях в області фізіології і медицини, які були присуджені різним вченим протягом останніх двадцяти років. Серед найбільш значущих дат виділяються наступні:
- 1858 рік. Р. Вірхов після детального вивчення клітинного елемента зробив висновок, що вона походить від іншої одиниці за допомогою проходження циклу поділу. І розвиток буде супроводжуватися такими ж факторами.
- 1879 рік. Ознаменувався відкриттям в. Флемінга, який ввів в біологічний побут терміни «мітоз» і «хроматин».
Самі цикли за часом розвитку і відмирання можуть ділитися на короткострокові і тривалі. Чим складніше за своєю структурою організм, тим довше там будуть відбуватися процеси подвоєння, розмноження і розвитку нових найменших одиниць організму.
Етапи розвитку
У клітинному циклі виділяється три основні стадії. У підручниках з біології за 9 клас поділ клітини, мітоз та інші процеси вивчаються більш детально. До стадій циклу відносяться:
- Період підготовки клітини до поділу — називається інтерфаза. Це етап інтенсивного росту і розвитку, який включає в себе фазу біосинтезу потрібних речовин. У цей період йде активний синтез не тільки груп білків, але і конкретних клітинних компонентів, без яких подальший процес був би неможливим.
- Мітоз-етап поділу клітинної одиниці. У цей період з’являються дві дочірні клітини, які набором генетичного матеріалу і основними характеристиками повністю повторюють материнську.
- Цитокинез або поділ цитоплазми. У цьому етапі відбувається поділ цитоплазми між двома вже сформованими дочірніми елементами. Зазвичай вчені не виділяють трьох окремих стадій, а об’єднують стадію 2 і 3 разом, називаючи ці стадії каріокінезом і цитокінезом.
Інтерфаза за рахунок тривалості відбуваються в ній дій вважається найбільш тривалою. Вона починається після поділу клітин і складається з процесу накопичення потрібних речовин і енергії для подальшого розвитку і переходу до наступного періоду. Ця фаза вважається основною перед початком поділу ДНК.
Після подвоєння настає постсинтетичний період, він може тривати від двох до п’яти годин, але це залежить від типу організму, в якому відбуваються дані фази. Чим він складніше, тим довше буде розвиватися кожен етап. Процес подвоєння ДНК характеризується утворенням двох дволанцюгових молекул ДНК, склад кожної з яких буде формуватися материнською молекулою і новою дочірньою одиницею. На тривалість цього циклу впливають зовнішні фактори, такі як температурний режим, освітлення.
Види поділу
Вчені в процесі досліджень прийшли до висновку про те, що існують різні види поділу. Основним і найбільш популярним є мітоз або непрямий поділ, тобто утворення дочірніх елементів, які генетично будуть ідентичними материнським. Формат мітозу можливий при зростанні, оновленні і регенерації, безстатевому розмноженні.
Мейоз включає в себе два послідовних поділу, які можуть привести до скорочення набору хромосом приблизно в два рази. У період статевого розмноження мейоз буде забезпечувати стабільне число хромосом і генетичну рекомбінацію процесу.
Ендомітоз забезпечує поділ всередині клітинного елемента або ядра. Завдяки йому будуть утворюватися двоядерні клітини. А також можливе утворення в цей період клітин поліплоїдного циклу. До типу патологічних поділів будуть ставитися такі етапи, як амітоз, триполюсний мітоз.
Типи тканин
Залежно від життєвого циклу вчені виділяють різні типи матерії в організмі. Вони можуть розвиватися по-різному і відповідають за виконання різних функцій. Вчені виділяють такі категорії клітин:
- Стабільні. Вони знаходяться в стані незворотної диференціювання. Період загибелі клітин в організмі веде до того, що нові елементи не з’являються і їх кількість в тканинах стрімко зменшується, чим визначається зниження функціональності і швидке старіння організму. Найбільш часто це відбувається не тільки в м’язовій, але і в нервовій і серцевій тканині.
- Зростаючі. Їх кількість в тканини нестабільне і в разі відповідних природних умов може збільшуватися. За таким принципом розвиваються клітини пухлинного типу, регенеруючі і ембріональні (з’являються в період статевого розмноження).
- Ті, що оновлюються. Навіть при постійному розмноженні клітин їх кількість не змінюється. Разом з появою нових клітин запускається процес відмирання старих, за рахунок чого організм володіє невичерпним ресурсом і може швидко відновлюватися після травм або інших негативних факторів. До таких клітин відносяться епітеліальні і сполучні.
Клітини, що оновлюються, можуть ділитися на два підвиди. Зрозуміло, що не у всіх організмів вони будуть активно бути, але в категоризації вчені про них згадують. Це швидконовлювальний і повільнообновлювальний типи. Стабільні клітини не діляться, і міотичний цикл в них відсутній. Після того як частина клітин цього типу в організмі гине, процес відновлення або появи нових не спрацьовує, тому з розвитком організму кількість клітин такого типу тільки зменшується.
Освіта нових клітин можливо тільки в процесі прямого поділу стовбурових. Це відбувається після інсультів та інфарктів, але все дуже індивідуально і залежить від витривалості і сили організму. Стимулювати процес можливо спеціальними препаратами, які вводяться всередину організму і після тривалого процесу впливу на потрібні тканини викликають ряд певних реакцій.
Стабільний і зростаючий тип
Основним процесом в зростаючому типі буде запуск циклу мітозу, завдяки чому можлива швидка поява нових клітин. Цей цикл запускається для збільшення загальної кількості клітин в конкретному типі тканин, при процесі ембріонального розвитку або зростання організму. Завдяки новим технологіям в області біології та медицини можливий процес швидкого відновлення втрати клітин при репаративної регенерації.
Зростаючий тип також зустрічається в пухлинних тканинах, коли в організмі формується ланцюжок нових клітин і їх розвиток і подальше зростання не блокується імунітетом, а триває. Пухлинний тип може провокувати мутації або викликати серйозні порушення в роботі організму.
Вивчення стабільного типу допомагає в пошуку препаратів-стимуляторів прискорення процесу розвитку нових клітин. Повною протилежністю до цих тканин будуть оновлюються. За рахунок запуску процесів мітотичного циклу відбувається не тільки процес підготовки клітини до активного поділу, а й подальший мітоз.
У циклі можна виділити інтерфазу і мітоз. Про те, що таке інтерфаза в біології, можна знайти багато інформації на спеціалізованих ресурсах. Якщо коротко, то це зростання клітин і підготовка до процесу синтезу ДНК. У мітозі виділяється профаза, метафаза, анафаза і телофаза. До особливостей мітотичного циклу можна віднести:
- активний обмін речовин і енергії;
- відновлення і ріст клітин;
- запуск процесу контролю до готовності до множення хромосом на соматичному рівні.
Цей період можна назвати ключовим в процесі пошуку і зміни порушень на клітинному рівні перед початком розмноження. Після поділу запускається процес вегетативного росту клітин і постреплікативна репарація ДНК. Центріолі повністю формуються, утворюються і активуються спеціальні регулятори, що забезпечують перехід до процесу мітозу.
Основні фактори
На формування і розвиток нових клітин в організмі впливають не тільки зовнішні фактори, а й внутрішні процеси. В першу чергу це стандартні цикли в організмі, завдяки яким він може проходити різні стадії розвитку. До наступних факторів відносяться:
- вид тканини і місце розташування в ній клітинної одиниці. Навіть в тих типах тканин, що відновлюються частіше за інших, не всі тканини мають гарну швидкістю розвитку;
стан; - набір і рівень концентрації ряду клітинних регуляторів.
Процес відмирання може бути як генетично запрограмованим і бути природним завершенням циклу, так і випадковим, після отримання пошкоджень, несумісних з життям. Апопотоз своєю чергою ділиться на кілька підвидів і запускається в залежності від проходження певного етапу розвитку. Завдяки вивченню зовнішніх факторів вчені мають можливість не тільки впливати на тривалість клітинного життя, але і контролювати цей процес і займатися форматуванням пам’яті клітинної одиниці, завдяки чому можна запускати процес регенерації частіше, ніж це закладено в організмі на природному рівні.
