Жизненный цикл клетки.
Репликация ДНК

Различные клетки нашего тела обладают разной продолжительностью жизни. Например, нервные клетки после завершения эмбрионального развития перестают практически делиться и функционируют на протяжении всей жизни, когда как другие, например клетки костного мозга и эпителия, быстро погибают, а потому постоянно делятся.

Таким образом, жизненный цикл клетки - это промежуток времени от момента её возникновения в процессе деления до её гибели или её собственного деления.

Формы клеточной гибели

Если вновь образованная клетка не приступает к последующему делению, а переходит к выполнению своей специализированной функции, то она переходит в фазу покоя (G0). Клетка в определённый момент времени способна выйти из фазы покоя и приступить к делению, либо же она умирает.

Различают три формы клеточной смерти: некроз, аппоптоз и аутофагия:

Некроз - это случайная гибель клетки, происходит под воздействием внешних факторов: обморожение, ожог, механическое повреждение. При этом нарушается целостность клеточной мембраны и всё клеточное содержимое изливается в межклеточное вещество затрагивая соседние клетки и вызывая процессы воспаления.

Аппоптоз - это запрограммированная клеточная гибель, не вызывающая восполительных процессов, и не нарущающих жизнедеятельность других клеток. При этом процессе клетка сморщивается и самопроизвольно распадается на малые фрагменты - аппоптические тельца.

Аутофагия - это процесс "самопоедания" клетки. Это своего рода переработка клеточных повреждённых органелл и дефектных белков с помощью лизосом. Однако если таких повреждений слишком много, то происходит самоуничтожение клетки, но без образования апоптических телец. Уничтоженная клетка подвергается фагоцитозу моноцитов крови.

Митотический цикл или Интерфаза

Период подготовки к делению называется митотический цикл или интерфаза, она состоит из трёх периодов:

G1 - Пресинтетический период (2n2c)

Это период подготовки к репликации ДНК. Он следует нпосредственно за делением клетки, и является самым длительным от 10 ч до нескольких суток. При подготовке к репликации происходят следующие события:

синтез белков и ферментов участвующих в репликации;
увеличивается число рибосом и поверхность ЭПС;
увеличивается число митохондрий и синтез АТФ.

S - Синтетический период репликации ДНК (2n2c -> 2n4c)

Это период репликации - удвоения ДНК. Синтез новых "дочерних" цепей осуществляется по принципу комплементарности (А=Т, Т=А, Ц≡Г, Г≡Ц). Механизм репликации имеет полуконсервативный характер - это означает, что в дочерних цепях ДНК, имеется одна старая и одна новая полинуклеотидная цепь. Данный механизм был доказан в опытах Мезельсона и Сталя при выращивании кишечной палочки (Е. coli) на питательной среде, содержащей радиоактивный изотоп азота 15N.

До метода радиоативной метки (метод меченых атомов) были выдвинуты три гипотезы:

Как любой матричный биосинтез, репликация включает в себя 5 ключевых компонентов:

матрица: обе полинкулеотидные цепи материнской ДНК;
растущая цепь: новые дочерние цепи ДНК;
субстраты для синтеза: АТФ, ТТФ, ГТФ, ЦТФ;
Источники энергии: АТФ, ТТФ, ГТФ, ЦТФ;
Ферменты

Синтез ДНК начинается в определённых участках - точках -ori (от англ. Origin - начало). На каждой ДНК может быть до 100 таких точек. Репликация распространяется от этих точек в виде репликативных "пузырей":

Рассмотрим репликацию ДНК в хронологическом порядке работы ферментов репликации:

1) ДНК-топоизомераза - раскручивает двойную спираль

2) Хеликаза - разрывает водородные связи между азотистыми основаниями, расплетая нить ДНК на две полинкулеотидные нити, так образуется репликативная вилка.

3) ДНК-связывающие белки - связывают расплетенные нити ДНК и стабилизируют их, не допуская обратного "слипания" друг с другом.

4) РНК-праймаза - создаёт затравку цепи - праймер из 10 рибонкулеотидов, посадачную площадку для ДНК-полимеразы, которая может присоединяться только к двуцепочечным фрагментам.

5) ДНК-полимераза - начинает синтез новых дочерних полинуклеотидных цепей (5' → 3') , при этом синтез в другом направлении не осуществляется никогда.

! Таким образом, одна из цепей - лидирующая - синтезируется непрерывно по ходу расплетения материнской ДНК. Другая цепь - отстающая, так как может синтезироваться маленькими частями - фаргментами Оказаки.

6) ДНК-экзонуклеаза - удаляет все рибонуклеотиды (праймеры), так как их не должно быть в ДНК, а ДНК-полимераза достраивает удалённые участки.

7) ДНК-лигаза - осуществляет сшивание всех фрагментов синтезированных цепей.

Репарация ДНК: Также ДНК-экзонуклеаза, ДНК-полимераза и ДНК-лигаза могут удалять и исправлять ошибочные фрагменты или нуклеотиды которые образуются в процессе репликации, или в результате воздействий окружающей среды.

Репликация ДНК происходит с высочайшей точностью! Новая молекула ДНК абсолютно идентична старой. В конце S-синтетического периода количество ДНК становится в два раза больше, но число хромосом при этом не изменяется.
Хромосомный набор: 2n4c

G2 - Постсинтетический период (2n4c)

Это период непосредственной подготовки к делению клетки - Митозу/ Мейозу:

Происходит удвоение центриолей клеточного центра;
Продолжается синтез белка тубулина, из которого строятся микротрубочки - нити веретена;
Запасается энергия, необходимая для процесса деления;
В конце периода происходит приостановка матричных процессов и исчезновение одномембранных органоидов: пузырьков, кГольджи, ЭПС.

Page updated

Google Sites