Живые организмы состоят из меньших единиц, изучением которых занимается биология и генная инженерия. Жизненным циклом клетки является период существования элемента с момента появления путём деления материнской клетки до дальнейшего развития и периода гибели. Разные организмы обладают разной продолжительностью жизненного цикла. Например, у бактерии он занимает до 20 минут, у инфузории-туфельки — от 10 до 20 часов.
Общая характеристика
Процесс размножения, дифференциации и гибели определяет размножение, формирование и гибель организма. От него зависит сохранение не только структурного, но и статического гомеостаза, осуществление процесса передачи данных от одной клетки к другой и возможность организма развиваться. А также благодаря размножению клеток осуществляется этап регенерации и возможность живого организма противостоять негативным факторам окружающей среды.
При малейших нарушениях в этих действиях могут развиваться разные заболевания или отклонения в развитии организма. Благодаря изучениям в области генной инженерии и применению современных технологий появилась возможность контролировать и влиять на эти фазы.
Это обеспечивает возможность лечения болезней на ранних стадиях, процесс профилактики онкологических, сердечно-сосудистых и нейродегенеративных болезней. Сейчас можно не только бороться с этими проблемами, но и контролировать сам этап появления опасности и поиск эффективных способов реабилитации.
Что касается исследований и изучений в области того, из каких этапов состоит клеточный цикл, то значение изучений отражено в 6 Нобелевских премиях в области физиологии и медицины, которые были присуждены разным учёным на протяжении последних двадцати лет. Среди наиболее значимых дат выделяются следующие:
- 1858 год. Р. Вирхов после детального изучения клеточного элемента сделал вывод, что она происходит от другой единицы с помощью прохождения цикла деления. И развитие будет сопровождаться такими же факторами.
- 1879 год. Ознаменовался открытием В. Флеминга, который ввёл в биологический обиход термины «митоз» и «хроматин».
Сами циклы по времени развития и отмирания могут делиться на краткосрочные и длительные. Чем сложнее по своей структуре организм, тем дольше там будут происходить процессы удвоения, размножения и развития новых наименьших единиц организма.
Этапы развития
В клеточном цикле выделяется три основные стадии. В учебниках по биологии за 9 класс деление клетки, митоз и другие процессы изучаются более подробно. К стадиям цикла относятся:
- Период подготовки клетки к делению — называется интерфаза. Это этап интенсивного роста и развития, который включает в себя фазу биосинтеза нужных веществ. В этот период идёт активный синтез не только групп белков, но и конкретных клеточных компонентов, без которых дальнейший процесс был бы невозможным.
- Митоз — этап деления клеточной единицы. В этот период появляются две дочерние клетки, которые набором генетического материала и основными характеристиками полностью повторяют материнскую.
- Цитокинез или деление цитоплазмы. В этом этапе происходит разделение цитоплазмы между двумя уже сформировавшимися дочерними элементами. Обычно учёные не выделяют трёх отдельных стадий, а объединяют стадию 2 и 3 вместе, называя эти стадии кариокинезом и цитокинезом.
Интерфаза за счёт длительности происходящих в ней действий считается наиболее продолжительной. Она начинается после деления клеток и состоит из процесса накопления нужных веществ и энергии для дальнейшего развития и перехода к следующему периоду. Эта фаза считается основной перед началом деления ДНК.
После удвоения наступает постсинтетический период, он может длиться от двух до пяти часов, но это зависит от типа организма, в котором происходят данные фазы. Чем он сложнее, тем дольше будет развиваться каждый этап. Процесс удвоения ДНК характеризуется образованием двух двуцепочных молекул ДНК, состав каждой из которых будет формироваться материнской молекулой и новой дочерней единицей. На продолжительность этого цикла влияют внешние факторы, такие как температурный режим, освещение.
Виды деления
Учёные в процессе исследований пришли к выводу о том, что существуют разные виды деления. Основным и наиболее популярным является митоз или непрямое деление, то есть образование дочерних элементов, которые генетически будут идентичными материнским. Формат митоза возможен при росте, обновлении и регенерации, бесполом размножении.
Мейоз включает в себя два последовательных деления, которые могут привести к сокращению набора хромосом приблизительно в два раза. В период полового размножения мейоз будет обеспечивать стабильное число хромосом и генетическую рекомбинацию процесса.
Эндомитоз обеспечивает деление внутри клеточного элемента или ядра. Благодаря ему будут образовываться двуядерные клетки. А также возможно образование в этот период клеток полиплоидного цикла. К типу патологических делений будут относиться такие этапы, как амитоз, трёхполюсный митоз.
Типы тканей
В зависимости от жизненного цикла учёные выделяют разные типы материи в организме. Они могут развиваться по-разному и отвечают за выполнение разных функций. Учёные выделяют такие категории клеток:
- Стабильные. Они находятся в состоянии необратимой дифференцировки. Период гибели клеток в организме ведёт к тому, что новые элементы не появляются и их количество в тканях стремительно уменьшается, чем определяется снижение функциональности и быстрое старение организма. Наиболее часто это происходит не только в мышечной, но и в нервной и сердечной ткани.
- Растущие. Их количество в ткани нестабильное и в случае подходящих естественных условий может увеличиваться. По такому принципу развиваются клетки опухолевого типа, регенерирующие и эмбриональные (появляются в период полового размножения).
- Обновляющиеся. Даже при постоянном размножении клеток их количество не меняется. Вместе с появлением новых клеток запускается процесс отмирания старых, за счёт чего организм обладает неиссякаемым ресурсом и может быстро восстанавливаться после травм или других негативных факторов. К таким клеткам относятся эпителиальные и соединительные.
Обновляющиеся клетки могут делиться на два подвида. Понятно, что не у всех организмов они будут активно являться, но в категоризации учёные о них упоминают. Это быстрообновляющийся и медленнообновляющийся типы. Стабильные клетки не делятся, и миотический цикл в них отсутствует. После того как часть клеток этого типа в организме гибнет, процесс восстановления или появления новых не срабатывает, поэтому с развитием организма количество клеток такого типа только уменьшается.
Образование новых клеток возможно только в процессе прямого деления стволовых. Это происходит после инсультов и инфарктов, но все очень индивидуально и зависит от выносливости и силы организма. Стимулировать процесс возможно специальными препаратами, которые вводятся внутрь организма и после длительного процесса влияния на нужные ткани вызывают ряд определённых реакций.
Стабильный и растущий тип
Основным процессом в растущем типе будет запуск цикла митоза, благодаря чему возможно быстрое появление новых клеток. Этот цикл запускается для увеличения общего количества клеток в конкретном типе тканей, при процессе эмбрионального развития или роста организма. Благодаря новым технологиям в области биологии и медицины возможен процесс быстрого восстановления потери клеток при репаративной регенерации.
Растущий тип также встречается в опухолевых тканях, когда в организме формируется цепочка новых клеток и их развитие и дальнейший рост не блокируется иммунитетом, а продолжается. Опухолевый тип может провоцировать мутации или вызывать серьёзные нарушения в работе организма.
Изучение стабильного типа помогает в поиске препаратов-стимуляторов ускорения процесса развития новых клеток. Полной противоположностью к этим тканям будут обновляющиеся. За счёт запуска процессов митотического цикла происходит не только процесс подготовки клетки к активному делению, но и дальнейший митоз.
В цикле можно выделить интерфазу и митоз. О том, что такое интерфаза в биологии, можно найти много информации на специализированных ресурсах. Если кратко, то это рост клеток и подготовка к процессу синтеза ДНК. В митозе выделяется профаза, метафаза, анафаза и телофаза. К особенностям митотического цикла можно отнести:
- активный обмен веществ и энергии;
- восстановление и рост клеток;
- запуск процесса контроля к готовности к умножению хромосом на соматическом уровне.
Этот период можно назвать ключевым в процессе поиска и изменения нарушений на клеточном уровне перед началом размножения. После деления запускается процесс вегетативного роста клеток и пострепликативная репарация ДНК. Центриоли полностью формируются, образуются и активируются специальные регуляторы, обеспечивающие переход к процессу митоза.
Основные факторы
На формирование и развитие новых клеток в организме влияют не только внешние факторы, но и внутренние процессы. В первую очередь это стандартные циклы в организме, благодаря которым он может проходить разные стадии развития. К следующим факторам относятся:
- вид ткани и месторасположения в ней клеточной единицы. Даже в тех типах тканей, что восстанавливаются чаще других, не все ткани обладают хорошей скоростью развития;
- состояние;
- набор и уровень концентрации ряда клеточных регуляторов.
Процесс отмирания может быть как генетически запрограммированным и являться природным завершением цикла, так и случайным, после получения повреждений, несовместимых с жизнью. Апопотоз в свою очередь делится на несколько подвидов и запускается в зависимости от прохождения определённого этапа развития. Благодаря изучению внешних факторов учёные имеют возможность не только влиять на продолжительность клеточной жизни, но и контролировать этот процесс и заниматься форматированием памяти клеточной единицы, благодаря чему можно запускать процесс регенерации чаще, чем это заложено в организме на природном уровне.
