Жизненный цикл клетки — клеточный цикл

Жизненный цикл клетки, или клеточный цикл, — это промежуток времени, в течение которого клетка существует как единица, т.е. период жизни клетки, а также совокупность связанных с ним процессов. Он длится от момента появления клетки в результате деления ее материнской и до конца деления ее самой, когда она "распадается" на две дочерние.

Бывают случаи, когда клетка не делится. Тогда ее жизненный цикл — это период от появления клетки до гибели. Обычно не делятся клетки ряда тканей многоклеточных организмов. Например, нервные клетки и эритроциты.

Хотя для всех делящихся клеток эукариот характерны общие закономерности фаз клеточного цикла, их длительность у клеток разного типа неодинакова: есть быстро делящиеся, другие делятся через относительно большие промежутки времени.

Принято в жизненном цикле клеток эукариот выделять ряд определенных периодов, или фаз. Их обозначают G₁, S, G₂, M. На схеме ниже показаны фазы клеточного цикла и их длительность.

1. Пресинтетический период — G₁
2. Синтетический период — S
3. Постсинтетический период — G₂
4. Деление клетки: митоз — М

Из фазы G₁ клетка может уходить в фазу G₀ (фазу покоя), оставаясь в которой, она не делится и во многих случаях дифференцируется. При этом некоторые клетки могут возвращаться из G₀ в G₁ и проходить по всем этапам клеточного цикла.

Буквы в аббревиатурах фаз — это первые буквы английских слов: gap — промежуток, synthesis — синтез, mitosis — митоз. Понятно, что вместо митоза может быть мейоз.

Фазы G₀, G₁, S, G₂ вместе формируют интерфазу — I.

Период G₁ — пресинтетический — начинается сразу как только клетка появилась. В этот момент она меньше по размеру, чем материнская, в ней мало веществ, недостаточное количество органоидов. Поэтому в G₁ происходит рост клетки, синтез РНК, белков, АТФ, построение органелл, накопление нуклеотидов ДНК. Обычно G₁ — самая длительная фаза жизненного цикла клетки. В это время клетка выполняет свои обычные функции. Она содержит диплоидный набор хромосом, и каждая хромосома состоит из одной хроматиды. Продолжительность этого периода может быть от нескольких часов до нескольких лет и даже десятилетий в зависимости от типа клетки.

S — синтетический период. Самый главный его отличительный признак — удвоение ДНК путем репликации. Каждая хромосома становится состоящей из двух хроматид. В этот период хромосомы по-прежнему деспирализованы. В хромосомах, кроме ДНК, много белков–гистонов. Поэтому в S–фазу гистоны синтезируются в большом количестве. В клетке идут обменные процессы, и она выполняет свои основные функции. Продолжительность этого периода — от нескольких минут до 6–12 ч.

В постсинтетический, или премитотический, период — G₂ — клетка готовится к делению, обычно путем митоза. Клетка продолжает расти, идут обменные процессы, активно идет синтез и накопление АТФ, могут удваиваться центриоли, продолжается синтез РНК и белков (преимущественно для построения митотического аппарата). Клетка постепенно прекращает выполнение своей основной функции, увеличивается вязкость цитоплазмы. Продолжительность этого периода — 3–4 ч.

В интерфазу клетка увеличивается в размерах и нарушается ядерно-плазменное отношение, что является основной причиной наступления деления клеток. Последнее может быть непрямым (митоз) и прямым (амитоз).

Далее клетка вступает в фазу клеточного деления — M. Здесь происходит деление клеточного ядра — кариокинез, после чего деление цитоплазмы — цитокинез. Завершение цитокинеза знаменует завершение жизненного цикла данной клетки и начало клеточных циклов двух новых. Митоз сложный процесс, однако протекает достаточно быстро (около 10% времени) по отношению к длительности всего клеточного цикла. В нем выделяют свои фазы: профаза, метафаза, анафаза, телофаза.

Фаза G₀ иногда называют периодом "отдыха" клетки. Клетка "выходит" из обычного цикла. В этот период клетка может приступить к дифференциации и уже никогда не вернуться к обычному циклу. Также в фазу G₀ могут входить стареющие клетки.

Переход в каждую последующую фазу цикла контролируется специальными клеточными механизмами, так называемыми чекпоинтами — контрольными точками. Чтобы наступила следующая фаза, в клетке должно быть все готово для этого, в ДНК не содержаться грубых ошибок и др. В норме если на какой-либо его фазе происходит ошибка, то следующая фаза клеточного цикла не наступает (вообще или до исправления возникшего дефекта).