Жизненный цикл клетки.

Это период жизни клетки с момента ее образования до последующего деления или смерти. Клеточный цикл складывается из митоза и периода между делениями – интерфазы. В интерфазе выделяют 3 периода: 1) G₁ постмитотический (период роста клетки). Идет активный синтез белков, жиров, углеводов, увеличивается число органоидов, синтез «запускающих» белков. Когда из концентрация достигает особого значения – «точки рестрикции», клетка продолжает жиз.цикл и переходит в следующий этап. Есть 3 причины по которым клетка может не достигнуть точки рестрикции, в этом случае она выходит в период G₀ – период покоя: а)в ДНК обнаружены серьезные поломки, которые необходимо исправить(процесс исправления ошибок - репарация), б)неблагоприятное воздействие внешней среды, в) клетка выходит чтобы дифференцироваться. Так же в этот период идет активная подготовка к синтетич. периоду: синтезируются нуклеотиды, ферменты, необходимые для репликации ДНК. 2) S₁ Синтетический период. Происходит процесс репликации ДНК. Идет активный синтез белков-гистонов, необходимых для упаковки дочерних ДНК. 3) G₂ Постсинтетический. Клетка готовиться к предстоящему митозу, идет накопление АТФ и синтез белков-тубулинов (для микротрубочек).

16. Репликация ДНК: инициация

Краткое описание:

Инициация - это самая начальная фаза репликации (удвоения) молекул ДНК, т.е. зарождение двух новых дочерних нитей ДНК на матрице старой двойной родительской молекулы.Время от времени ДНК размножается путём самоудвоения. Этот процесс называется репликацией ДНК. Репликация делится на 3 этапа: инициация (начало), элонгация (продолжение), терминация (окончание).

Репликация ДНК- это построение двух новых (дочерних) молекул ДНК на основе одной старой (родительской) молекулы с помощью матричного синтеза по принципу комплементарности. Новые молекулы состоят из одной старой и одной новосинтезированной нитей ДНК и почти ничем не отличаются от старой родительской молекулы, т.е. являются её точными копиями (" репликами").

С чего начинается процесс репликации ДНК? Репликация начинается с инициации. Инициация репликации может начаться только в подготовленном к ней ядре клетки. И первое условие, которое необходимо выполнить - это подготовить мономеры, из которых будут собираться новые молекулы ДНК на родительских молекулах-матрицах. Мономерами будут служить активированные с помощью фосфорилирования свободные нуклеотиды - д ез о кси р ибо н уклеотид т ри ф осфаты. Это ближайшие родственники так хорошо знакомой нам АТФ, они тоже трифосфаты, богатые энергией, но только вместо рибозы у них дезоксирибоза. И кстати, р ибо н уклеотид т ри ф осфаты, включающие в свои ряды АТФ, тоже понадобятся для репликации.

Теперь надо определить, с какого именно места начать дублирование ДНК, т.е. репликацию. Ошибаются те, кто думает, что инициация начинается от начала молекулы ДНК, но ошибаются также и те, кто думает, что она начинается с конца. На самом деле инициация начинается с множества точек, раскиданных по всей длине молекулы ДНК. Таких " запальных точек" может быть 5-50 на одну молекулу ДНК.

Итак, инициация начинается с появления репликативной точки. Эта точка отмечена на ДНК специфической последовательностью нуклеотидов, богатой парами А-Т. Именно к ней присоединяется по несколько молекул специальных распознающих белков, которые обеспечивают последующее присоединение ферментного комплекса и таким образом запускают процесс репликации. Важно отметить, что на репликативную точку садятся сразу два одинаковых ферментных комплекса, обеспечивающих репликацию. От точки посадки они расползаются в противоположные стороны по двойной спирали ДНК. Каждый комплекс при этом реплицирует сразу обе родительские цепи ДНК и выдаёт на выходе вместо двух цепей - четыре.

ДНК-реплицирующий комплекс включает в себя около 20 компонентов. Отметим главные из них.

Геликаза (хеликаза) расплетает ДНК на две отдельные цепи. Образуется репликативная вилка. По-видимому, при этом данный участок расплетённой ДНК отделяется от хромосомных белков. На разъединение комплементарной связи в каждой паре нуклеотидов тратится энергия 2-х молекул АТФ.

Молекула ДНК жестко закреплена в некоторых учакстках на ядерном матриксе и поэтому не может свободно вращаться при расплетании. Это блокирует продвижение геликазы по цепи.

Топоизомераза надрывает одну из двух нитей ДНК, и она раскручивается вокруг целой нити. Так снимается структурное напряжение при раскручивании спирали. Затем разорванные концы сращиваются обратно тем же ферментом. У бактерий другой вид топоизомеразы (гираза) разрывает сразу обе цепи ДНК, а после раскручивания спирали соединяет их вновь. Надо сказать, что в этом случае бактерии действуют более эффективно, чем человек вместе со всеми остальными эукариотами!

В одной репликативной вилке действуют две геликазы, которые движутся в противоположных направлениях. Разделенные цепи фиксируются ДНК- связывающими белками. Участки формирования репликативной вилки называются «точками ori» (origin - начало). У эукариот одновременно образуется тысячи таких вилок, что обеспечивает высокую скорость репликации.

РЕПЛИКАЦИЯ (редупликация), процесс воспроизведения (синтеза) дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). При этом из одной молекулы ДНК в результате её удвоения образуются две молекулы – точные копии исходной ДНК (лат. «репликацио» – повторение). Биологический смысл репликации – сохранение и точная (неискажённая) передача генетической информации в ряду поколений клеток и организмов, а также при воспроизведении ДНК-содержащих структур (митохондрий, пластид, некоторых вирусов). Поэтому репликация всегда предшествует делению ядер у эукариотических клеток, делению клеток бактерий, размножению вирусов и т. п. (см. Митоз, Мейоз).

Репликация, так же как другие важнейшие молекулярно-генетические процессы – транскрипция и трансляция, основана на матричном принципе биосинтеза и комплементарном взаимодействии между молекулами. Перед началом синтеза специальный фермент расплетает цепи двойной спирали ДНК, они расходятся (не полностью), и на каждой цепи другой фермент находит точку начала синтеза. Затем на обеих цепях, как на матрицах, происходит синтез новых цепей, причём избирательное соединение нуклеотидов строящейся цепи с цепью старой осуществляется по принципу комплементарности азотистых оснований. Расплетание цепей родительской ДНК и репликация идут параллельно. После завершения синтеза каждая новая молекула ДНК состоит из одной старой, родительской, цепи и одной новой. Такой способ репликации получил название полуконсервативного. На разных этапах процесса участвуют большое число разных ферментов, а также белки, препятствующие, напр., запутыванию цепей ДНК. В зависимости от формы ДНК – кольцевой или линейной – способы репликации имеют свои особенности. Репликация может осуществляться одновременно на многих участках одной молекулы ДНК.

Две замечательные особенности характеризуют процесс репликации – высокая скорость и высокая точность. Так, вся молекула ДНК кишечной палочки (состоит из 4ґ10 6 пар нуклеотидов) реплицируется за 20 мин, т. е. в одну секунду образуется участок ДНК размером приблизительно в 3000 пар нуклеотидов. Такая скорость возможна только при чрезвычайно «согласованном» действии всего комплекса ферментов, ведущих репликацию. У эукариот скорость репликации ниже – 100–300 пар нуклеотидов в секунду. Высокую точность репликации, столь важную для сохранения специфичной для каждого биологического вида наследственной информации, обеспечивают комплементарное спаривание нуклеотидов (возможная ошибка – одно неправильное спаривание на 10 8 —10 9) и наличие ферментов, способных узнавать и исправлять (вырезать) ошибки репликации.

Репликацией называют также матричный биосинтез РНК на РНК (у некоторых, т. н. РНК-содержащих вирусов) и удвоение хромосом, которому предшествует репликация ДНК

Митоз

Это непрямое деление клетки, при котром из 1материнской образуется 2 дочерние, являющиеся точными генетическими копиями материнской. Выделяют 4 фазы:

1) Профаза. ДНК спирализуется, становятся видны хромосомы, ядерная оболочка распадается на филаменты, ядрышко исчезает, предварительно удвоенные центриоли расходятся к разным полюсам, формируются нити веретена деления.

2) Метефаза. Спирализация ДНК достигает max, поэтому в эту фазу хромосомы наиболее отчетливо видны. Каждая хр-ма состоит из 2 хроматид, соединенных в области центромеры, к ценромерам прикрепляются нити веретена деления, хр-мы выстраиваются у экватора.

3) Анафаза. Происходит разделение центромеры, каждая хр-ма распадается на 2 хроматиды, которые становятся самостоятельными (сестринскими) хромосомами. За счет сокращения нитей веретена деления сестринские хроматиды растягиваются к полюсам.

4) Телофаза. У полюсов ДНК в хромосомах деспирализуется, хромосомы не видны, вокруг них образуется ядерная оболочка. формируется ядрышко, затем происходит цитокинез(у раст. – фрагмопласт, у жив. - перетяжка) – разделение цитоплазмы и образуются 2 клетки.

Биологическое значение:

1)обесп. генетич. стабильность

2) обеспечивает рост организма

3) обесп. эмбриональное развитие

4)обесп. регенерацию

5) лежит в основе бесполого размножения