Клеткалардың көбеюі немесе пролиферация (лат. proles — ұрпақ, ferre -әкелу) — клеткалардың жаңаруы мен өсуіне алып келетін процесс. Бұл процесс бірклеткалылар үшін де, көпклеткалы организмдер үшін де тән. Клеткалар-организмдер (бірклеткалы организмдер) қарапайым екіге бөліну (бактериялар, саркодалар), көп бөліну (споровиктер және басқалары) арқылы немесе басқа жолмен көбейеді. Сондықтан бактериялар мен бірклеткалы жануарларда клеткалардың екі еселенуі олардың жеке организмдер ретінде көбеюі болып табылады, өйткені алғашқы формадан (организмнен) екі жаңа клетка түзіледі, олардың әрқайсысы организм болып саналады. Әрбір еншілес клетка (организм) бастапқы клетка-организмде болатын генетикалық ақпаратты толықтай алады.
Көпклеткалы организмдердің соматикалық клеткалары күрделі бөліну арқылы көбейеді, ол митоздық бөліну деген атқа ие болды және жалпы түрде қарастырсақ, ол жекеленген клеткалардың өзін-өзі қалпына келтіру болып табылады. Бөлінуі нәтижесінде пайда болған еншілес клеткалар бастапқы (аналық) клеткаға ұқсас, соңғысынан тек кіші мөлшерімен ғана ерекшелінеді. Бірақ бөлінуден соң еншілес клеткалар лезде өсе бастайды және аналық клетканың мөлшеріне тез жетеді.
Митоздық бөлінудің биологиялық мәні сол, ол ядро мен клетканың бөлінуіне дейін барлық хромосомалардың дэл репликациясында маңызды оқиға болып табылады. Митоз нәтижесінде еншілес клеткалар бөлінгеннен кейін оның ата-енелік (аналық) клетка қандай хромосомаларға ие болса, бұл да дәл сондай хромосомалар санына ие болады. Демек, митоздық бөліну дегеніміз — клеткаларда бөлінудің ретке келтірілген ерекше тәсілі, бұл кезде әрбір еншілес екі клетканың әрқайсысы аналық клеткада болатын хромосомалардан дәл сондай санды және дәл сондай құрылысты хромосомалар алады. Әрбір митозда әрбір хромосоманың көшірмесі түзіледі және еншілес клеткалар арасында олардың таратудың дәл механизмі жұмыс атқарады.
Клетканың митоздық бөлінуінде екі жағын ажыратады — бастапқы ядроның екі еншілес ядроға бөлінуі (хромосоманың теңдей бөлінуі) кариокинез (грек. саryon — ядро, kinesis-қозғалыс) деп аталады және шындығына келгенде, ол хромосомалық цикл болып табылады және содан кейінгі цитоплазманың бөлінуінен екі еншілес клетканың түзілуі цитокинез (грек. cytos — клетка, kinesis -қозғалыс) деп аталады жэне ол цитоплазмалық цикл болып табылады. Еншілес клеткалардың әрқайсысы бір еншілес ядроға ие болады. Кариокинез пен цитокинез синхронды түрде жүзеге асады, оның үстіне кариокинезде ДНҚ синтезі мен митоздың кезектесуі орын алса, ал цитокинез клеткалардың өсуімен (клеткалық компоненттердің санының екі еселенуімен) кезектеседі. Митоздық бөлінудің маңызды ерекшелігі сол, ол біршама барлық организмдерде ұқсас болып келеді. Клеткада бір бөлінуден екінші бөлінуге дейін жүретін процестердің жиынтығын митоздық цикл деп атайды.
Митоздық цикл: тыныштық сатысы немесе интерфаза және бөліну сатысы немесе митоз (грек. rnitos-жіпше) сияқты екі сатыдан тұрады, ол м белгісімен белгіленеді. «Митоз» және «кариокинез» терминдері — синонимдер. Интерфаза сапалық және сандық бағалау үшін жеткілікті, дәл сол сияқты митоз да өлшеу үшін жеткілікті болып табылады. Мысалы, митоздардың сандық қарқындылығын өлшеу үшін митоздық индекс дегенді қолданады, ол дегеніміз 1000 клеткадағы митоз саны. Митоздық индекс жайындағы деректердің практикалық маңызы, әсіресе, медициналық практикада (органдардың регенерациясының қарқындылығын, дэрілік заттардың әсерін және т.б. бағалауда), жоғары.
Интерфаза митоздан бұрын өтеді, және оның қызметінің мәні сол, онда ДНҚ синтезі жүреді, сонымен бірге оның ұзақтығы барлық клеткалық циклдің 90%-ынан кем болмайды. Интерфазаның: пресинтездік, синтездік және постсинтездік үш реттілік кезеңдерін ажыратады.
Пресинтездік кезең (Gj), оны жиі бірінші интервал (ағыл. gap — интервал) деп те атайды, ол интерфазаның алғашқы кезеңі болып табылады. Бұл кезеңде ДНҚ әлі синтезделмейді, бірақ РНҚ мен белоктардың жиналуы, соның ішінде ДНҚ синтезі үшін қажетті белоктардың жиналуы, жүреді. Митохондриялардың саны артады. Әдетте, бұл кезең 12-24 сағатқа созылады.
Синтездік кезең (S) Gj-кезеңнен кейін жүреді, және бұл кезеңде клеткада ДНҚ синтезі (репликациясы) жүруі тән, нәтижесінде оның саны екі еселенеді. Бұл кезеңде, сол сияқты РНҚ мен белоктар синтезі жалғасады. Бүл кезеңнің соңында хромосомалардың әрқайсысының екі еселенуі өте маңызды және центромерамен ұсталып тұратын екі еншілес хроматидтен тұрады. S-кезеңнің ең қолданбалы ерекшелігі гендердің репликациясы мен әрбір қосақталған хромосомадағы гендер жиынтығының екі еселенуі болып табылады. S-кезеңінің ұзақтылығы әдетте 5 сағатқа жуық болады.
Постсинтездік кезең (G2) ДНҚ синтезінің тоқтауымен және энергияның жинақталуымен сипатталады. Бірақ та РНҚ мен белоктар синтезі жалғаса береді де, ол бөліну ұршығының жіпшелерін қалыптастырады. С2-кезеңінің ұзақтылығы 3-6 сағатты қүрайды. Митоз соңғы төрт фаза бойына созылады, атап айтқанда олар: профаза, метафаза, анафаза және телофаза.
Профазада алдымен хромосомалардың конденсациясы мен спирализациясы (ширатылу) жүреді, нәтижесінде олар боялған препараттардан микроскоп арқылы көрінетін болады. Әрбір өрімнің диаметрі ұлғаяды. Ядролық мембрана ферменттердің әсерінен ериді, ядрошық жойылады. Центросома екі центриольдарға бөлінеді, сонан соң соңғылары клетканың полюстеріне қарай тарайды. Сол сияқты жекеленген клеткалық белоктардың фосфорлануы байқалады.
Сонан соң полюстер арасында ұршыққа ұқсас ахроматиндік фигура қалыптаса бастайды. Ол белоктан жэне РНҚ-дан тұрады. Осы фазаның аяғында ахроматинді фигура клетка бойымен созылып, ұршыққа айналады. ¥ршықтың қүрылысы қосполюсті қүрылымға ұқсас, ол микротүтікшелер мен әртүрлі белоктардан түрады. Хроматидтер (еншілес хроматидтер) центромерамен ұсталып тұрды. Профазаның ұзақтығы шамамен, 30-60 минут.
Метафазада хромосомалар ұршықтың экваторында орналасады. Олар спираль бойынша тығыз оралған жуан түзінділер түрінде болды, бұл микроскоп арқылы олардың құрылымы мен санын есептеуді жеңілдетеді. Центромералермен ұршықтың жіпшелеріне бекітіліп тұрғандықтан, оған хроматидтердің жекеленген микротүтікшелерімен ерекше белоктық кешендер (кинетофоралар) бекітілетіндіктен, олар әзірше бірге тұрады, бірақ олардың иықтары ажыратылған. Метафазаның ұзақтығы 2-10 минут.
Анафазада кинетохорлардың бөлінуі басталады, сонан соң хромосомалардың ұзынынан бөлінуі жүреді, нәтижесінде әрбір еншілес хроматид өзінің центромерасына ие болады және еншілес хромосомаға айналады. Хромосомалар ұзарады және ұршықтың сэйкес полюстеріне қарай қозғалады. Анафаза 2-3 минутке созылады. Ұзындығы 2-20 кб болатын хромосомалық ұштардың (теломер) репликациясын теломераза қажет етеді.
Телофазада (грек. Telos-соңы) еншілес хромосомалар полюстерге жетеді, созылады жэне шиыршақтану аяқталады. Кинетохорлы түтікшелер жойылады. Ядролық қабықша түзіледі, жаңадан ядрошық пайда болады. ¥зақтылығы 20-30 минут болады. Клеткалық бөлінудің соңғы кезеңінде цитокинез жүзеге асады, ол анафазадан басталады. Бұл процесс клетканың экваторлық аймағында қылтаның түзілуімен аяқталады, ол бөлінуші клетканы екі еншілес клеткаға бөледі. Қылтаға тартылудың табиғаты актинді филаменттерден қалыптасатын шығыршықтың жиырылуымен қамтамасыз етіледі.
Жануарлардың соматикалық клеткаларынан өсімдіктер клеткаларының айырмашылығы олардың қабырғаларының қаттылығына байланысты жиырылғыш шығыршықтың пайда болуының орнына болашақ еншілес клеткаларының арасында тақтайша пайда болады. Бүл тақтайшаның әрбір екі жағына целлюлоза жиналады, одан соң ол клеткалық қабырғаға айналады.
Әрбір клеткалық бөліну үздіксіз процесс боып табылады, өйткені ядролық және цитоплазмалық фазалар, құрамы мен қызметінің ерекшеліктеріне қарамастан, уақыт бойынша үйлесімді болып келеді. Экариоттардағы клеткалық бөлінулердің реттелуі клеткалық циклдегі жүріп жатқан процестердің үйлесімділігіне тәуелді. Экариоттарда бұл үйлесімділік клеткалық циклдегі үш өтпелі кезеңдердің реттелуі жолымен жүзеге асады, ол дегеніміз — митозға ену, митоздан шығу және «Старт» деп аталатын пункттен өту, ол клеткада ДНҚ синтезінің (S-фазасының) инициациясын (қозуын) тудырады.
Әртүрлі клеткаларда митоздық циклдардың ұзақтығы эртүрлі және бірнеше сағаттан бірнеше күнге дейін созылады. Бірақ ол ұлпаның типіне, физиологиялық күй-жағдайға, сыртқы факторларға (температура, жарық) тәуелді. Эукариоттық клеткалардың клеткалық циклі циклділікке тәуелді киназалардың (СДК) бірінен кейін бірінің белсенділенуі арқылы олардың циклин-белоктарымен өзара әсер ету жолымен реттеледі. Циклин-СДК кешені СДК-ң Т-тұзағындағы треонин қалдығының толықтай белсенді фосфорлануымен, оның өзі маманданған СДК-белсенді киназаның (САК) қатысуымен жүзеге асатыны белгілі. Бұл жағдайда циклин-СДК кешені митозды да қоздыруға ДНҚ-ы репликациялауға да қатысады. Митоздың реттелуі СДК реттелуіне тәуелді.
Клеткалық циклдің басқа да реттеушілері болады. Мысалы, СДК тежеуші реттеушілер де белгілі. Мұндай тежеушілер (ингибиторлар) р21, р16 және р27 белоктар болып табылады. Олар киназалардың қызметін олармен байланысу арқылы да тежейді. Эукариоттар-организмдер клеткаларындағы хромосомалық ДНҚ клеткалық цикл кезінде тек бір рет қана репликацияланады. Сондықтан клеткалық циклда ДНҚ-ның тек бір раунд репликациямен шектелуінің механизмі жайында сүрақ бүрыннан бері туындап отыр. Репликацияға мүмкіндік беретін репликацияның лицензиялық факторы (licensing factor) болуы да мүмкін. Бұл көзқарасты растайтын MSM лицензиялық белоктар анықталған, олар әдетте, хромрсомалармен байланысқан, бірақ S-фаза басталысымен бұл байланыстан ажырайды, ДНҚ-ның репликациясына мүмкіндік береді, одан соң, ДНҚ синтезі аяқталған кейін, қайтадан хромосомалармен байланысқа түседі
Әртүрлі үлпалар әртүрлі митоздық белсенділігімен ерекшелінеді. Осыған орай митоздық белсенділікке тәуелділігіне қарай тұрақты, өсуші және жаңарушы ұлпаларды ажыратады.Тұрақты ұлпалар-бұлар клеткалары бөлінбейтін, ал клеткалық ДНҚ саны түрақты ұлпалар. Мысалы, орталық және шеткі нерв жүйесінің клеткалары бөлінбейді. Бүл клеткаларда тек жастық өзгерістер ғана жүреді. Өсуші үлпалар — бұлар клеткалары өмір бойы тіршілік ететін, бірақ соңғыларының арасында митоздық жолмен бөлінетін клеткалары бар үлпалар. Осыньің нэтижесінде органдардың мөлшерлері артады. Өсуші үлпалардың мысалдарына бүйректің, ішкі секреция бездерінің , қаңқалық және жүрек бүлшықеттерінің ұлпалары болып табылады. Жаңарушы ұлпалар — бұлар көптеген клеткалары митоздық жолмен көбейетін, нәтижесінде өлуші клеткалар жаңадан түзілушілермен қалпына келетін ұлпалар. Жаңарушы ұлпаларға қарын-ішек, тыныс алу және зәр-жыныс жолдарының, эпидермистің, сүйек майының, тұқым бездерінің және басқаларының клеткалары мысал болып табылады. Митоздар үшін тәуліктік тербелістер, толқындар тән.
Жоғары сатыдағы организмдерде клеткалардың митоздық бөлінуін олардың өсуімен әрі қарай дене массасының ұлғаюы мен клеткалардың жіктелуі қамтамасыз етеді. Адамның жеке дамуына қарай оның клеткаларының саны ұлғаяды, ересек адамдарда 10-нан аса клеткаға жетеді және содан кейін тұрақты болады. Жоғарыда айтылғандай, митохондриялар мен хлоропластар эукариоттар клеткаларында бөлінуге қабілетті, бірақ олардың бөлінуін бақылау анықталмаған. Тек өсімдіктер клеткаларының геномында хлоропластардың бөлінуін бақылауы мүмкін ген анықталған.
Сүтқоректілер мен құстардың клеткаларының бөлінуі үшін клеткалардың екі еселенуіне белгілі бір шектеу тән. Мысалы, адам ұрығының фибробластары 50 ұрпақ бойында ғана екі еселенеді, ал егер 40 пен 80 жастағы адамдардың фибробластарын қалыпты жағдайларда өсірсе, онда олар осыларға сәйкес 40 және 30 рет қосарлануға үшырайды. Бұл қүбылыс клеткалардың қартаюы деген атқа ие.Сол сияқты организмде де клеткалардың көпшілігі қартаяды, мысалы, бауырдың клеткалары 18 ай, эритроциттер-4 ай тіршілік етеді, нәтижесінде оларда липидтер, кальций, «тозу» пигменті жинақталады және олар өледі деп есептейді. Ересек адамның организмі күн сайын өз клеткаларының өлуіне байланысты олардың 1-2% -ын жоғалтатыны есептелген. Клетка өлгеннен кейін онда протоплазманың коагуляциясы, аутолиз ( клеткаішілік ферменттердің белсенділігінің артуы) нэтижесінде митохондриялар мен басқа да органеллалардың ыдырауы жүреді.
Клеткалардың қартаюының табиғатын түсіндіру үшін бірқатар болжамдар ұсынылған, олар клеткалардың биосинтездік механизмдерінің қателесуіне, қалыпты клеткалардың қатерлі клеткаларға ауысуын қорғау механизмдеріне және басқа да себептерге көңіл қояды. Бірақ белгілі болжамдардың біреуі де клеткалардың қартаю феноменіне толықтай жауап бере алмайды.
Клеткалар үшін көптеген жағдайларда апоптоздың тән екендігі анықталған, бұл дегеніміз генетикалық бағдарламалар, оның нәтижесінде клеткалар өзін-өзі өлтіреді. Апоптозды эволюциялық сақталушы процесс деп айтуға болады. Осы процестің көмегімен көпклеткалы организмдер артық немесе зиянды болатын клеткалардан құтылады. Бұл феномен клеткалардың қартаюынан бөлек. Caenorhabditie elegans нематодасын мысалға алып клеткалық суицид үш геннен тұратын геннің жиынтығымен бақыланатыны анықталған, бұлар СЕД-3, СЕД-4 жэне СЕД-9 белоктарының синтезін бақылайды, апоптозды реттейді. Сүтқоректілерде белоктар^2 анықталған, олар клеткалардың апоптоздық өлімін реттейді. Апоптоз көптеген тұқым қуалайтын аурулардың (Альцгеймер ауруы және басқалары), аутоиммундық ауытқушылықтардың, жүрек-тамыр ауруларының, жастық ауытқушылықтардың және тіпті, СПИД-тың этиологиясын анықтауда маңызға ие болуы мүмкін деп болжайды.
Бірақ өлім-жітімге ұшыраушы клеткалар жаңалармен алмасады. Адам организмінің клеткалық құрылымы шамамен эрбір жеті жылда жаңарады деп санайды. Әсіресе, клеткалардың өте күшті алмасуы қанда қантүзуші ұлпаларда қан клеткаларының қарқынды түрде түзілу есебінен жүзеге асады. Клеткалардың басқа түрлеріне қарағанда жаңару процесі өте жоғары жылдамдықпен жүреді. Мысалы, егеқұйрықтың қарын мен ішек эпителийі сэйкесінше әрбір 72 және 38 сағатта, ал адамның ащы ішегінің эпителийі әрбір 7-8 сағатта жаңарады. Бірақ нерв клеткалары организмдердің барлық тіршілігінде қызмет атқарады (тіршілік етеді).
Клеткалардың митоз жолымен бөлінуінен басқа амитоз (грек. А-жоқ, mytosia-ядроның бөлінуі) белгілі, бұл дегеніміз — клетка ядросының тікелей бөлінуі. Амитоз кезінде ядроның, ядрошықтың, ядролық мембрананың интерфазалық күйі сақталады. Клетканың ядросы ұршық қалыптаспай-ақ екі бөлікке бөлінеді, нәтижесінде қосядролы клетка пайда болады. Амитоз кейде қаңқалық бұлшық еттерде, тері эпителийінде, дәнекер ұлпада кездеседі. Бірақ амитоз клеткалардың көбеюіндегі аномальды механизм болып табылады деп санайды. Жоғары сатыдағы митоздық цикл эукариоттардың бөлуші механизмінің эволюциясының нэтижесі болып табылады деп есептейді. Бұл жорамалдың пайдасына бактериялардың, кейбір балдырлардың, ашытқылардың, қарапайымдылар мен сүтқоректілердің бөлуші механизмдерін салыстырудың нәтижелері дәлел. Бұл салыстыру митоздық аппараттың күрделенуі әртүрлі систематикалық топтарға жататын организмдердің ұйымдасуы мен қызметінің күрделенуіне қарай жүзеге асатынын көрсетеді.