Цитологія

Таким чином, ядро являє  собою одну з важливих складових  частин клітини. Усі клітини тварин містять ядро, за винятком зрілих клітин крові - еритроцитів. Форма ядра різна, однак в більшості випадків вона відповідає формі клітини. Так, ядро лімфоцита кулясте, клітин гладеньких м'язів - паличкоподібне, гепатоцитів - кулясте, ядро жирових клітин під впливом жирових накопичень сплющене та відтиснене до плазмолеми, у слинних залозах, клітини яких продукують слизовий секрет, ядро також сплющене і розміщується у базальній частині клітини. Ядро лейкоцитів, крім кулястого, може бути сегментованим, бобоподібним, паличкоподібним, мати вигляд підкови. Ядро та цитоплазма - єдина інтегрована система, що знаходиться у постійній рівновазі. Об'єм ядра і цитоплазми кожного типу клітин має своє постійне співвідношення. До складу ядра входять ядерна оболонка, хроматин, ядерце, каріоплазма.

Ядерна оболонка - нуклеолема складається із зовнішньої і внутрішньої  біологічних мембран, відокремлених  перинуклеарним простором шириною 20- 60 нм. Кожна з мембран має  товщину до 8 нм і морфологічно подібна  до інших клітинних мембран. Ядерна мембрана відокремлює вміст ядра від цитоплазми, зовнішня - безпосередньо контактує з цитоплазмою клітини, має ряд структурних особливостей, що дає змогу віднести її до мембранної системи ендоплазматичної сітки. На зовнішній мембрані з боку гіалоплазми знаходяться полірибосоми, а сама зовнішня ядерна мембрана переходить в мембрани ендоплазматичної сітки. Внутрішня мембрана пов'язана з хромосомним матеріалом ядра.

Ядерна мембрана містить  ядерні пори, утворені в результаті злиття зовнішньої та внутрішньої ядерних мембран. При цьому утворюються округлі наскрізні перфорації до 90 нм. Вони заповнені складноорганізованими глобулярними та фібрилярними структурами, які ра-зом з мембранною перфорацією утворюють комплекс пори. Кількість ядерних пор залежить від метаболічної активності клітин, густина їх на поверхні нуклеолеми вище у клітин з високою метаболічною активністю.

Ядерна оболонка виконує бар'єрну функцію, відокремлює вміст ядра, його генетичний матеріал від цитоплазми, обмежує вільний доступ в ядро та вихід з нього різних речовин, регулює транспорт макромолекул між ядром і цитоплазмою. Ядерна оболонка бере участь у створенні внутрішньоядерного порядку шляхом фіксації хромосомного матеріалу в інтерфазі до внутрішньої ядерної мембрани.

Хроматин. Завдяки здатності сприймати фарбники, ця складова частина ядра названа «хроматин» (Флемінг, 1880). Здатність хроматину сприймати лужні фарбники свідчить про його кислотні властивості, які визначаються тим, що до складу хроматину входить ДНК у комплексі з білками. Властивостями фарбуватися і утримувати ДНК володіють і хромосоми, що спостерігається під час мітотичного ділення клітин. Таким чином, хроматин інтерфазних ядер являє собою хромосоми, які у цей час втрачають свою компактну форму, розпушуються, деконденсуються. Зону повної деконденсації і її ділянки мають назву еухроматин. Під час мітозу весь еухроматин конденсується і входить до складу хромосом.

До складу хроматину  входять складні комплекси дезоксирибонуклеопротеїдів, що складаються з ДНК і спеціальних хромосомних білків - гістонів. Хроматин також містить РНК. В кількісному співвідношенні ДНК, білок та РНК становлять 1:1,3:0,2.

Хроматин є структурним  аналогом хромосом, які можна спостерігати під час поділу клітин. В деяких випадках ціла хромосома в період інтерфази може залишатися у конденсованому стані, вона має вигляд грудочки гетерохромати-ну. Наприклад, одна з Х-хромосом у соматичних клітинах самки залишається у конденсованому стані на стадії дроблення зиготи. Вперше цей хроматин був досліджений у ядрі клітини кішки і описаний М.Барром і Л.Бертрамом у 1949 р. Його назвали статевим хроматином, або тільцем Барра. Визначення статевого хроматину використовують для встановлення генетичної статі організму.

В ядрах, крім хроматинових ділянок і матриксу, мають місце перихромати-нові фібрили, перихроматинові та інтерхроматинові гранули, які містять РНК. Матрицями для синтезу РНК є різні гени, розміщені по деконденсованих ділянках хроматинових фібрил. У хроматині міститься 1% ліпідів, роль їх не визначено.

Ядерце (nukleolus). В клітині міститься одне або кілька кулястої форми тілець розміром до 5 мкм. Вони добре фарбуються різними фарбниками. Ядерця багаті на РНК. Ядерце - найщільніша структура ядра, що є похідним хромосоми, одним з її локусів з найвищою концентрацією та активністю синтезу РНК в інтерфазі. Ядерце - це місце утворення рибосомних РНК та рибосом, на яких синтезуються поліпептидні ланцюги в цитоплазмі. Утворення ядерець та їх кіль-кість пов'язані з активністю і кількістю ядерцевих організаторів.

Каріоплазма - це рідка частина ядра, в якій містяться ядерні структури. Досліди показали, що після видалення з ядер хроматину і мембран, вони збері-гають свою цілісність.

Хромосоми — це основні  функціональні ауторепродуктивні структури ядра, в яких концентрується ДНК і з якими зв’язана функція ядра. Хромосоми отримали назву від того, що в період мітотичного поділу, коли вони конденсуються, — добре забарвлюються основними барвниками (від грец. chromos — забарвлений, soma — тіло). В інтерфазному ядрі хромосоми частково деконденсовані і тому їх звичайно сумарно називають хроматином, як відзначалося вище.

Хімічна організація хромосом. Хромосоми є дезоксирибонуклеопротеїдами (ДНП), тобто вони складаються з ДНК і білків, на які приходиться 60–70% від сухої маси хромосом. ДНК — це біополімер, мономерами якого є нуклеотиди, які складаються з трьох компонентів: (1) азотиста основа (пуринова або піримідинова), (2) вуглевод пентоза (дезоксирибоза), (3) фосфатна група.

Будова хромосом. Розглядаючи будову хромосоми, у першу чергу слід зауважити, що за масою розрізняють два типи хромосом: s-хромосоми, побудовані з однієї хроматиди, і d-хромосоми, що мають у своєму складі 2 хроматиди. Після поділу клітини в дочірніх клітинах є s-хромосоми, а в інтерфазі відбувається дуплікація (подвоєння) ДНК і хромосоми набувають подвійної маси, перетворюються в d-хромосоми.

Морфологію хромосом прийнято описувати на прикладі метафазної хромосоми, коли вона найбільш конденсована і складається з двох хроматид. Така хромосома є паличкоподібною структурою, утвореною з двох субодиниць конденсованої ДНК разом з білковими глобулами. Розміщені хроматиди одна поряд з другою і з'єднані лише в одній ділянці, названій первинною, або центричною перетяжкою, яка ділить хромосому на два плеча. На центричній перетяжці d-хромосоми знаходиться центромера (центромер), з обох сторін якої містяться дископодібні структури – кінетохори (від грец. kinetos — рухомий, chora — простір). У метафазі кінетохори ініціюють формування хромосомних (кінетохорних) мікротубул мітотичного веретена.

Необхідно ще раз підкреслити  про безперервність існування хромосом, ніякої деградації, ніякого демонтування хромосом немає, є лише два основні  стани: конденсований — при мітозі, деконденсований (тою, чи іншою мірою) — в інтерфазі.

Зауваження. Вивчаючи хромосоми, слід пам’ятати, що інформація в ДНК хромосом дублюється. Так, кожний тяж ДНК має дві ідентичні (такі самі) половини, обернені в протилежну сторону. Таким чином кожен ген, кожна інформація в ДНК продубльовані. Крім цього, в хромосомі є дві хроматиди (дві молекули ДНК), і тут маємо ще одне подвоєння інформації. Коли клітина готується до поділу (в S-періоді) і редуплікує хромосоми до диплоїдного набору (тетради хроматид — 4 стрічки ДНК), відбувається дальша дуплікація інформації (генів). У диплоїдному наборі є по дві гомологічні (рівнозначні) хромосоми, так що перед мітозом інформація є ще раз подвоєною. Дві гомологічні хромосоми не обов’язково містять ідентичні гени, вони радше можуть бути видозмінами даного гена, і тому в генетиці їх називають алелями.

В інтерфазі у самок  в активному стані знаходиться  лише одна Х-хромосома, друга не бере участі в синтетичних процесах, залишаючись  конденсованою, неактивною. Її можна  бачити в ядрі (біля ядерця або при  каріолемі) у вигляді малого хроматинового тільця — тільця Бара, або статевого хроматину. Дослідження статевого хроматину використовується для визначення статі і виявлення генетичної патології.

Вже давно  стало відомо, що клітини утворюються  шляхом поділу. Після поділу в новоутвореній  клітині повинні сформуватися всі системи (органели і ферменти), необхідні для виконування нею специфічної функції. Старі клітини відмирають і замінюються новими. Період життя клітини між поділами і наступний поділ названо клітинним циклом (рідше життєвим циклом клітин). Відтворюються клітини найчастіше шляхом мітозу або мейозу, а збільшення генетичного матеріалу в клітині відбувається внаслідок ендорепродукції.

Отже, під життєвим шляхом клітин розуміють цикли різних подій, які включають утворення клітин, їх диференціацію, різні типи клітинного поділу, а також такі процеси, як диференціація, детермінація, атрофія і гіпертрофія та регенерація клітин. Завершується життєвий шлях клітин їх старінням і смертю, яка може виступати в різних формах.

3. Поняття про клітинний цикл: фази клітинного циклу. Інтерфаза. Морфо-фізіологічні процеси в клітині при підготовці до поділу.

Послідовність подій, що відбуваються між утворенням даної клітини і її поділом  на дочірні, називається клітинним циклом, або життєвим циклом клітини. Він включає мітоз та інтерфазу (період між двома поділами).

Інтерфаза (від лат. inter — між і грец. phasis — поява), або інтеркінез (від грец. kinesis — рух) — найдовша фаза клітинного циклу, яка займає 70–90% всього клітинного циклу. Вона може бути приготуванням до наступного поділу, або спеціалізацією з зупиненням мітотичної активності. Інтерфаза має три періоди

Постмітотичний, або пресинтетичний період (період G₁, G — перша літера англійського слова gar — проміжок) починається зразу після телофази і триває від близько 0,5 год. до багатьох днів. Характеризує його відсутність реплікації ДНК та перевага анаболічних процесів над катаболічними, оскільки клітина повинна нарощувати свою масу після поділу, відновити необхідний набір органел, а також збільшувати каріолему, поверхня якої після поділу повинна збільшитися сумарно (в обох клітинах) як мінімум у 2,6 разу.

Синтетичний період (S) — це період, в якому значно спадає синтез конститутивних і ферментативних білків, а функція клітини спрямовується на реплікацію ДНК (з 2 с до 4 с) і синтез гістонів — основних білків, зв’язаних з відтворенням геному. Гістони поступають з цитоплазми в ядро і забезпечують нуклеосомну упаковку синтезованої ДНК. Одночасно здійснюється подвоєння центріолі. Триває цей період 6–12 годин, як у рослинних, так і в тваринних клітинах.

Постсинтетичний, або премітотичний (передпрофазний, G₂) період. Клітина готується до мітозу. Самореплікуючі органели діляться, зростають транскрипційна і трансляційна активності, пов’язані головним чином, з синтезом мітотичного веретена (білка тубуліну). Під кінець G₂-періоду з тубуліну і динеїну полімеризуються довгі мікротубули, які заходять між хроматиди. У клітинах, що мають центросоми (в тварин і грибів), останні діляться на дві, які визначають полюси поділу. Тривалість цього періоду від 0,5 до 1 години.

Характеристика мітозу. Тривалість мітозу в різних клітинах. Біологічне значення мітозу

Обов’язковою  умовою існування біологічних систем є їх репродукція — відтворення. Відтворення на клітинному рівні здійснюється шляхом поділу клітин. Поділ клітин завжди починається з поділу ядра, за яким відбувається (але може не бути) поділ клітинного тіла — цитотомія. Більшість клітин потенційно здатні до поділу, деякі клітини можуть ділитися лише за певних умов. За здатністю до мітозу клітини тваринного організму поділяють на чотири категорії.

До першої категорії відносять високоспеціалізовані клітини, наприклад нервові. Вони формують популяцію необхідну для виконування функцій протягом усього життя. Популяція один раз сформована завершується в дитини віком 3–4 роки.

 Другу категорію клітин складають поновлювані клітини, наприклад, клітини епітелію слизової оболонки кишечнику (ентероцити). Вони в диференційованому, функціональному стані довго не живуть (5–10 днів) і обновлюються за рахунок камбію, який знаходиться поряд, в криптах. Таку популяцію клітин називають поновлювальною, а клітини, які служать для її поповнення, називають стовбуровими (інша назва — гермінативні, камбіальні, материнські).

Стовбурові клітини відносять до третьої категорії. Вони зберігають здатність до поділу протягом всього життя організму і замінюють клітини, які гинуть. Серед стовбурових клітин розрізняють плюрипотентні (від лат. pluralis — множинний) камбіальні клітини, здатні спеціалізуватися в різних, до певної міри, напрямках. Наприклад, стовбурові клітини кісткового мозку можуть давати як еритроцити, так і певні види лейкоцитів. Уніпотентні (від лат. unos — один) стовбурові клітини спеціалізуються у визначеному напрямку. Клітини, які служать резервом поповнення популяцій, здійснюють клітинний цикл, проте можуть виходити з нього в постмітотичному періоді (G₁ — періоді) і спеціалізуватися.

Четвертий тип — це клітини, які звичайно не розмножуються, але за певних умов можуть дедиференціюватися і вступати у мітоз. Прикладом таких клітин є гепатоцити (печінкові клітини). Вони набувають здатності до поділу при репаративній регенерації, після пошкодження частини органа.

Репродукція клітини. Існують такі види репродукції клітин: мітоз, амітоз, мейоз і ендорепродукція. Біологічна роль мітозу полягає в точному розподілі генетичного матеріалу (ДНК) між дочірніми клітинами. Біологічна роль амітозу — це швидке поповнення клітинних популяцій у процесі репаративної регенерації. Мейоз приводить до редукції (зменшення) числа хромосом до гаплоїдного набору. Ендорепродукція — це відтворення (збільшення) генетичного матеріалу в межах одного ядра.

Мітоз (від грец. тitos — нитка), або каріокінез (від грец. karion — ядро і kinesis — рух) чи непрямий поділ є основною формою репродукції клітин. Описуючи мітоз, виділяють чотири послідовні його стадії: профаза, метафаза, анафаза, телофаза

Профаза (від грец. pro — перед, до і phasis — поява) починається з конденсації хромосом. Хромосоми, які мали вигляд хроматину, потовщуються і вкорочуються та стають видними в світловому мікроскопі спочатку в формі щільного клубка, а далі — пухкого. На цей час каріолема розпадається на частини, схожі на елементи ендоплазматичної сітки. Каріоплазма змішується з цитоплазмою в міксоплазму (від лат. mixtum — змішання), а хромосоми виявляються в центрі клітини. Оскільки реплікація ДНК відбулася в S-періоді інтерфази, то кожна з наявних 46 хромосом (у людини) вже є подвійною структурою (d-хромосомою), тобто має по дві хроматиди — частини ДНК в білковому упакуванні, які щільно прилягають одна до одної.