Особенности размножения клеток в лабораторных условиях PDF Печать E-mail

Размножение в культуре удается вызвать не у всех клеток. Однако если клетки начали размножаться — это еще не означает, что культура будет существовать бесконечно. После нескольких клеточных циклов, клетки начинают делиться все реже и реже, даже если мы будем пересаживать их на новый питательный раствор.

Обнаружено, что клетки, взятые из тканей взрослых организмов способны делиться in vitro меньшее число раз, чем клетки, полученные из зародышей.
Причину этого явления, названного по имени открывшего его ученого феноменом Хейфлика, в настоящее время видят в том, что в соматических клетках с каждым клеточным циклом происходит укорочение молекулы ДНК. Связано это с особенностями работы ферментов репликации. Вспомните, как она происходит: ферменты — ДНК-полимеразы строят новую цепь в направлении от 5- к 3-концу, по одной цепи синтез идет непрерывно, по другой синтезируются короткие фрагменты, которые затем сшиваются.

Для начала работы ДНК-полимеразы необходимо, чтобы существовал двуцепочечный участок. Поэтому вначале специальная РНК-полимераза синтезирует фрагмент РНК примерно из 20 рибонуклеотидов. Затем место РНК-полимеразы занимает ДНК-полимераза и продолжает наращивать цепь уже из дезоксирибонуклеотидов. В последующем специальный фермент вырезает фрагмент РНК, и ДНК-полимераза заполняет полученную брешь в направлении от 5- к 3-концу. В результате та цепь, которая синтезировалась прерывистым способом, будет полностью комплементарна материнской цепи ДНК. А та цепь, которая синтезировалась непрерывным способом, окажется короче материнской на длину фрагмента РНК. Таким образом, с каждой репликацией длина молекулы ДНК будет сокращаться. Каждая молекула ДНК эукариот содержит на концах многочисленные копии коротких последовательностей нуклеотидов, которые не участвуют в транскрипции. Пока укорочение молекулы ДНК происходит за счет этих повторов, клетки функционируют нормально. Но в конце концов укорочение молекулы ДНК начнет сказываться на функционировании клеток. И такие клетки гибнут. Однако в тех клетках, из которых образуются половые клетки существует фермент-теломераза, который наращивает укороченные концы в направлении от 3- к 5-концу. В соматических клетках теломераза отсутствует.

Клетки, взятые из раковых опухолей, и здесь отличаются: они не подчиняются правилу Хейфлика, в них в результате мутации активизируется ген теломеразы, и они могут претерпевать неограниченное число делений. Клеточная специализация усиливается по мере роста и развития    зародыша. Зигота представляет собой недифференцированную, или тотипотентную (лат. totus — весь и potentia — сила) клетку — из нее возникают все типы клеток организма.

Уже во время дробления по мере увеличения числа бластомеров появляется и постепенно нарастает асинхронность деления. По мере развития зародыша многие клетки перестают делиться и специализируются на выполнении тех или иных функций дифференцируются. Дифференцированное состояние клетки в значительной степени определяется межклеточными взаимодействиями и состоянием цитоплазмы. Чем сильнее специализированы клетки, тем в большей степени они зависят друг от друга. В таком организме невозможно удалить какую-либо часть без ущерба для всего организма.

Иногда можно изменить специализацию дифференцированных клеток, заставить их синтезировать другой набор РНК и белков. Это явление лежит в основе процесса регенерации (позднелат. regeneratio — возобновление). При заживлении раны, например, клетки, окружающие ее, переходят в недифференцированное состояние, размножаются, а затем дифференцируются в новом направлении.

Регенерировать могут многие растения, а среди животных -кишечнополостные, плоские и круглые черви. Среди позвоночных известны только редкие случаи регенерации отдельных участков тела, например, хвоста у ящериц. Чем более сложно организовано животное, тем труднее изменить специализацию клеток. Но если взять отдельную дифференцированную клетку, выделить из нее ядро и это ядро пересадить в яйцеклетку, предварительно лишенную собственного ядра, то из такой гибридной клетки иногда удается вырастить животное. Это свидетельствует о том, что ядро дифференцированной клетки сохраняет информацию обо всех типах клеток организма, а дифференциация клеток определяется цитоплазмой и межклеточными взаимодействиями.

Интересные статьи по биологии:

1) Число хромосом

2) Значение мутаций