Клеточный цикл и интерфаза. Репликация ДНК (пресинтетический период, постсинтетический период)
Клеточный цикл — жизнь клетки от одного деления до следующего: интерфаза (≈ 90 % времени) + деление (митоз). Регулируется циклинами и специальными белками-контролёрами; в контрольных точках проверяются размеры клетки, завершённость репликации, повреждения ДНК.
Репликация (матричный синтез ДНК) — идёт в S-периоде. Принципы: комплементарность (А–Т, Г–Ц), полуконсервативность (каждая дочерняя ДНК содержит одну старую и одну новую цепь — опыт Мезельсона и Сталя), антипараллельность (новая цепь растёт только 5′→3′: одна цепь строится непрерывно, другая — фрагментами Оказаки, которые сшивает лигаза). Механизм: хеликаза расплетает спираль (репликационная вилка), праймаза ставит РНК-затравку, ДНК-полимераза достраивает комплементарную цепь и исправляет ошибки. У эукариот репликация начинается во многих точках одновременно.
Как регулируется цикл. Переход от периода к периоду задают белки циклины: их количество закономерно растёт и падает в каждом цикле, и, соединяясь с ферментами — циклинзависимыми киназами, они включают следующий этап: начало репликации, вход в митоз. Без внешних сигналов — факторов роста — клетка задерживается в G₁ или уходит в G₀. Соседние клетки тормозят деление друг друга (контактное торможение): в культуре нормальные клетки перестают делиться, образовав сплошной слой, а опухолевые продолжают нарастать друг на друга.
| Период | Что происходит | Набор |
|---|---|---|
| G₁ (пресинтетический, постмитотический) | Рост клетки, синтез белков и РНК, органоидов, накопление нуклеотидов | 2n2c |
| S (синтетический) | Репликация ДНК, удвоение центриолей; каждая хромосома становится двухроматидной | 2n2c → 2n4c |
| G₂ (постсинтетический, премитотический) | Синтез белков веретена деления (тубулина), АТФ, проверка ДНК | 2n4c |
| G₀ | Выход из цикла: клетка не делится временно (клетки печени, лимфоциты) или навсегда (нейроны, волокна скелетных мышц) | 2n2c |
| Период | Что происходит | Набор |
|---|---|---|
| G₁ (пресинтетический) | Рост клетки, синтез белков и органоидов, накопление веществ и АТФ | 2n2c |
| S (синтетический) | Репликация ДНК: каждая хромосома становится двухроматидной; удваиваются центриоли | 2n4c |
| G₂ (постсинтетический) | Синтез белков веретена деления, запас энергии, проверка качества ДНК | 2n4c |
| M (митоз) | Деление ядра и цитоплазмы, распределение хроматид | от 2n4c к 2n2c в каждой клетке |
Репликация ДНК идёт по трём принципам: комплементарность (А—Т, Г—Ц), антипараллельность и полуконсервативность — каждая дочерняя молекула содержит одну материнскую и одну новую цепь. Полуконсервативность доказана опытом Мезельсона и Сталя с тяжёлым изотопом азота: после одного деления вся ДНК оказалась «гибридной». Работу ведут ферменты: хеликаза расплетает двойную спираль, ДНК-полимераза достраивает новые цепи, лигаза сшивает фрагменты. Одна цепь синтезируется непрерывно, вторая — короткими фрагментами, потому что полимераза движется только в одном направлении.
Механизм репликации подробнее. Репликация начинается в точках начала — у бактерий одна на кольцевую молекулу, у человека десятки тысяч по длине хромосом — и идёт от каждой в обе стороны, образуя две репликационные вилки.
Контроль качества. В цикле есть контрольные точки: перед S-фазой проверяется целостность ДНК, перед митозом — полнота репликации, в метафазе — прикрепление всех хромосом к веретену. Если повреждение обнаружено, цикл останавливается, включается починка (репарация), а при невозможности исправления — программируемая гибель клетки. Нарушение этого контроля лежит в основе опухолевого роста.
Продолжительность. Интерфаза занимает около 90 % времени цикла; у клеток эпителия кишечника цикл длится около суток, у клеток печени — месяцы, а нейроны и клетки сердечной мышцы взрослого человека выходят из цикла (состояние покоя G₀) и практически не делятся.
Закрепите теорию: 6 терминов и 7 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.
Пройти урок arrow_forward