Автор: Онищенко Г.Е.Статей: 4ЛизосомыЛИЗОСОМЫАвторы: Г.Е. ОнищенкоЛИЗОСОМЫ (от лиз... и греч. σῶ µ α - тело), органеллы клеток эукариот, окружённые мембраной; сферич. структуры диаметром 0,2-0,5 мкм. Содержат ок. 60 гидролитич. ферментов (в т. ч. протеазы, липазы, фосфолипазы, гликозидазы и нуклеазы), которые синтезируются в гранулярном эндоплазматич. ретикулуме в виде неактивных предшественников, затем поступают в аппарат Гольджи и далее в Л. Активация ферментов происходит путём частичного протеолиза; их макс. активность проявляется при рН 4-5 (внутри клетки рН 7). Л. участвуют в поглощении и распаде собственных, не нужных клетке молекул или структур (автофагия, или аутофагия), а также бактерий, захваченных при фагоцитозе, в выведении из клетки определённых ферментов (напр., лизоцим, катепсины) путём экзоцитоза, в автолизе клетки после высвобождения содержимого её Л. (напр., в процессах дифференцировки, метаморфоза и др.). Известно ок. 30 генетич. заболеваний человека (т. н. болезни накопления), в основе которых лежит нарушение метаболич. функции Л., потеря активности определённых лизосомальных ферментов, что ведёт к аккумуляции в Л. нерасщеплённого материала. ЛипосомыЛИПОСОМЫАвторы: Г.Е. ОнищенкоЛИПОСОМЫ (от греч. λίπος - жир и σῶ µ α - тело), искусственно созданные сферические везикулы (пузырьки), образованные одним или несколькими липидными бислоями. Для их получения обычно используют фосфолипиды. Последние в водной дисперсии (при встряхивании) самопроизвольно формируют Л. При этом заряженные фосфатные «головки» обращены к воде (снаружи и внутри пузырька), а гидрофобные «хвосты» - друг к другу и с водой не контактируют. Наличие билипидного слоя позволяет Л. легко проникать через биологич. мембраны внутрь клеток разл. организмов. Диаметр Л., имеющих одинарный липидный бислой, 0,02-0,2 мкм, а многослойных Л., насчитывающих до нескольких десятков и даже сотен замкнутых билипидных слоёв, разделённых водными промежутками, - 5-10 мкм. При образовании Л. вода и растворённые в ней вещества попадают в её внутр. пространство. Таким путём можно «начинять» Л. лекарственными препаратами, пептидами, белками, нуклеиновыми кислотами и их фрагментами. Ведутся работы по выяснению возможностей использования Л. в медицине в качестве средства адресной доставки разл. лекарственных препаратов в определённые поражённые органы и ткани. Поверхность Л. можно покрывать специфич. молекулами, которые помогают доставке Л. внутри организма, их накоплению в очагах поражения. Практич. применение Л. перспективно при химиотерапии рака, лечении диабета, артрита и ряда др. заболеваний. Л. сыграли большую роль при изучении мн. свойств биологич. мембран. Включением мембранных белков в липидный бислой получают т. н. протеолипосомы, которые используют для моделирования ферментативных, транспортных и рецепторных функций клеточных мембран. При введении в Л. разл. антигенов или ковалентном присоединении к ним антитела Л. - удобная модель в иммунологич. исследованиях. Л. являются эксперим. инструментом клеточной и генной инженерии, био- и нанобиотехнологии. Клеточная инженерияКЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕНЕРИЯАвторы: Г.Е. ОнищенкоКЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ, совокупность методов клеточной биологии, позволяющих конструировать клетки с новыми свойствами. К. и. возникла в кон. 19 в., когда впервые попытались выращивать изолированные кусочки растит. тканей на питательной среде. В 1907 амер. биологу Р. Гаррисону удалось культивировать в капле лимфы клетки зачатка нервной системы зародыша лягушки. В 1-й четв. 20 в. был предложен метод выращивания клеток животных в плазме крови (см. Культура клеток и тканей). Позднее разработаны приёмы получения разл. вариантов культур клеток растений, животных и человека, методы гибридизации, переноса внутрь клеток отд. органелл или белков, конструирования органелл, генетической инженерии. Основополагающим методом К. и., наряду с культурой клеток и тканей, является метод гибридизации - слияния отд. клеток (или их фрагментов), выращенных в условиях культивирования или выделенных из организма; он позволяет объединять клетки организмов, принадлежащих разл. видам и даже царствам (напр., клетки моркови с клетками человека). С его помощью можно изменять как генетич. аппарат клеток, так и их плоидность (число хромосомных наборов). Он даёт возможность комбинировать органеллы разного происхождения (напр., ядра, центросомы, митохондрии) в цитоплазме слившейся клетки. При объединении ядерного фрагмента одной клетки (кариопласта) с цитоплазматич. фрагментом др. клетки (цитопластом) образуется реконструированная клетка. Технология переноса ядра, извлечённого из соматической клетки, внутрь яйцеклетки, из которой предварительно удалено собственное ядро, лежит в основе клонирования организмов. Введение конструкций, состоящих из фрагментов ДНК, позволяет изменять геном клетки таким образом, что в ней происходит либо гиперэкспрессия некоторых генов, либо прекращение экспрессии ряда генов, либо экспрессия чужеродных для данной клетки генов. Используя такие приёмы, можно получить как трансгенные клетки для выращивания вне организма, так и транс генные организмы с заданными свойствами. Введение в клетки определённых фрагментов РНК (её называют интерферирующей РНК) приводит к прекращению экспрессии тех или иных генов на короткое или продолжительное время. К. и. используется для решения как мн. теоретич. проблем клеточной биологии (изучения взаимодействия ядра и цитоплазмы, механизма клеточной дифференцировки и регуляции клеточного цикла, превращения нормальной клетки в опухолевую и др.), так и практич. задач медицины и с. х-ва. Являясь составной частью биотехнологии, К. и. применяется для получения высокопродуктивных линий клеток, образующих моноклональные антитела (см. Гибридомы), создания новых форм растений, устойчивых к неблагоприятным условиям среды, болезням и вредителям, с ускоренным ростом, большей продолжительностью хранения плодов, улучшением их качества и увеличением количества. Она даёт возможность сохранять генотипы отд. организмов и создавать банки генофондов целых видов, получать вакцины (напр., против кори, полиомиелита), моделировать ткани (тканевая инженерия) и органы, которые могут служить материалом для трансплантации, позволяет преодолеть мн. проблемы биоэтики, связанные с умерщвлением животных. Клеточные конструкции, выращенные вне организма, при введении в организм могут, напр., усиливать рост кровеносных сосудов или нервных отростков в поражённых участках организма, заменять суставы или способствовать восстановлению кожных покровов, повреждённых в результате ожогов или др. травм. Литература Лит.: Рингерц Н., Сэвидж Р. Гибридные клетки. М., 1979; Клеточная инженерия. М., 1987; Биология культивируемых клеток и биотехнология растений. М., 1991; Волова Т.Г. Биотехнология. Новосиб., 1999. Клеточный цикл Схема клеточного цикла соматических клеток эукариот. G1, S, G2 - соответствующие фазы цикла, М - митоз. Длина дуг пропорциональна продолжительности периодов. КЛЕТОЧНЫЙ ЦИКЛАвторы: Г.Е. ОнищенкоКЛЕТОЧНЫЙ ЦИКЛ, набор строго скоординированных во времени процессов, приводящих к воспроизведению клеток; важнейший механизм, с помощью которого репродуцируется всё живое. В основе способности клеток к самовоспроизведению лежит уникальное свойство ДНК реплицироваться с образованием двух точных копий, которые в ходе деления распределяются между двумя дочерними клетками. Помимо удвоения ДНК в К. ц. большинства клеток должно удваиваться число их органелл и макромолекул, в противном случае с каждым делением клетки становились бы меньше. Т. о., для поддержания своих размеров клетка должна координировать рост клеточной массы с её делением. У одноклеточных организмов К. ц. совпадает с жизненным циклом. В непрерывно размножающихся клетках многоклеточных организмов он состоит из чётко сменяющих друг друга периодов: интерфазы (подготовки к делению) и митоза (собственно деления). Именно в интерфазе, а не в митозе, как считали ранее, происходит репликация ДНК (удвоение хромосом). Сама интерфаза подразделяется на три фазы. Пресинтетическая G1 -фаза предшествует синтезу ядерной ДНК и следует сразу за предыдущим делением. В этой фазе в клетке синтезируются рибонуклеиновые кислоты (РНК), разл. белки, увеличивается число рибосом, митохондрий. В целом наблюдается активный рост клетки. В фазе синтеза ДНК (S -фазе) продолжается образование РНК и белков, происходит репликация ядерной ДНК. Постсинтетическая G2 -фаза характеризуется окончательной подготовкой клетки к делению, в т. ч. сборкой микротрубочек, которые в дальнейшем будут формировать веретено деления. За фазами интерфазы следует митоз (М -фаза). Понятие «К. ц.» включает в себя не только интервал времени от одного клеточного деления до другого. Иногда клетка, завершившая митоз, прекращает подготовку к очередным синтезу ДНК и митозу и входит в состояние «вне цикла», т. е. в состояние пролиферативного покоя, обозначаемое как G0 -фаза. Из этой фазы она может вновь вернуться в состояние К. ц. под влиянием стимула к размножению. Существуют также клетки с удлинённой продолжительностью постсинтетической фазы. Их называют G2 -популяцией. Длительность К. ц. варьирует у разных организмов в широких пределах - от нескольких минут до нескольких суток. Показано также, что разные клеточные популяции могут сильно различаться и по продолжительности отд. фаз цикла. Наиболее коротким является К. ц. бластомеров на ранних стадиях эмбрионального развития. В К. ц. этих клеток практически отсутствуют G1- и G2 -фазы, S -фаза может длиться всего неск. минут. На заключит. этапе эмбрионального развития животных, напр. у млекопитающих, происходит массовое вступление клеток в состояние покоя, связанное с их дифференцировкой. Длительность К. ц. различается в пределах одного взрослого многоклеточного организма. Напр., клетки регенерирующей печени мыши делятся примерно через каждые 48 ч, а крипт кишки (углублений эпителия в её слизистой) - через 10,5 ч. Лимфоциты человека, помещённые в среду для культивирования клеток и обработанные фитогемагглютинином, начинают размножаться, и их К. ц. оказывается равным примерно 24 часам. Наиболее вариабельной является G1 -фаза. При дифференцировке одни типы клеток взрослого организма, выполняя специфич. функции, находятся в G0 -фазе, но сохраняют способность к размножению, другие - необратимо утрачивают её и называются терминально дифференцированными. Программа осуществления процессов К. ц. включает сложную систему контроля, которая обеспечивается работой комплексов регуляторных белков. При этом контролирующие системы действуют как внутри клетки (эндогенные регуляторы), так и вне её (экзогенные регуляторы). Эндогенная регуляция клеточного цикла основана на циклич. активации протеинкиназ, известных как циклин-зависимые киназы. Активность последних увеличивается или падает в ходе К. ц. Такие колебания активности ведут к циклич. изменениям степени фосфорилирования внутриклеточных белков, инициирующих или регулирующих важнейшие события К. ц.: репликацию ДНК, сегрегацию хромосом и цитокинез (собственно деление тела клетки на две). У разных организмов в разных фазах К. ц. активируются разл. варианты комплексов циклинов и киназ. Прекращение работы таких комплексов связано с действием ингибирующих белков или с протеолизом циклинового компонента комплекса. В целом эндогенная регуляция в ходе К. ц. обеспечивается сложной системой процессов синтеза и деградации определённых субъединиц регуляторных комплексов, процессами фосфорилирования и дефосфорилирования этих и др. регуляторых белков. Экзогенная регуляция включает действие на клетки внеклеточных регуляторных сигналов. Для одноклеточных организмов такими сигналами являются компоненты окружающей среды, для многоклеточных организмов - синтезируемые разл. клетками небольшие белковые молекулы, к которым относятся факторы роста и цитокины. Нарушение механизмов эндогенной и экзогенной регуляции К. ц. может приводить к неконтролируемому размножению клеток, что служит причиной образования опухолей. Литература Лит.: Епифанова О.И. Лекции о клеточном цикле. 2-е изд. М., 2003. |
 |