Временная организация клетки. Митотический цикл. Репликация днк. Митоз.

35. Раскрыть понятия: жизненный цикл клетки, митотический цикл.

Жизненный цикл — это период существования клетки от момента её образования вследствие деления материнской клетки до появления следующего поколения или естественной гибели. Митотический цикл - это совокупность процессов, которые происходят с клеткой в период подготовки к делению и на протяжении самого деления.

36. Назвать периоды интерфазы. Определить их соотношение по времени. Охарактеризовать G1 период.

1. Пресинтетический (G1) - период между митозом и началом синтеза ДНК .

2.Синтетический период (S) – репликация ДНК.

3. Постсинтетический (G2) - период между завершением синтеза ДНК и последующим митозом .

Различные периоды занимают разное время: G1 занимает до 30-40% всего митотического цикла, S - до 30%, G2 - 10-20% и митоз составляет 5-10%.

(G1) - В этот период в клетке синтезируются белки, углеводы, липиды, РНК, АТФ, начинается синтез и сборка органелл. К концу этого периода увеличивается уровень дезоксирибонуклеотидов - предшественников ДНК, но синтеза ДНК не происходит. Клетка в этот период содержит диплоидный набор хромосом (2n2c). Некоторые клетки делятся очень медленно, оставаясь в G1 многие дни и даже годы, выполняя специфические функции. Нередко такую часть митотического цикла обозначают как период G0. Чтобы клетка из G1 периода могла вступить в S период, она должна пройти точку рестрикции в конце G1. Это определенный момент в конце периода G1, после прохождения которого, возврат в G1 невозможен. После того как клетки минуют точку рестрикции, они неизбежно завершат цикл, проходя его с обычной скоростью, независимо от внешних условий.

37. В чем сущность принципа полуконсервативности при репликации ДНК.

Дезоксирибонуклеотиды включаются в синтезируемые новые цепи ДНК по принципу комплементарности. Напротив гуанилового нуклеотида встает цитидиловый, а напротив аденилового - тимидиловый. В конечном итоге будет синтезироваться две молекулы ДНК идентичные по последовательности нуклеотидов исходной (материнской). В каждой новой молекуле ДНК, возникшей в результате репликации, молекула образована одной материнской цепью и одной заново образованной дочерней. Такой способ репликации ДНК получил название полуконсервативный.

38. Что представляют собой репликон и полирепликон.

Репликация ДНК в клетках эукариот происходит не единым блоком от одного конца молекулы до другого, а начинается одновременно во множестве участков, получивших название репликоны (рис. 2). Таким образом, репликон - это единица репликации ДНК и синтез ДНК начинается одновременно в большом числе репликонов. Каждая эукариотическая хромосома при репликации ДНК представляет собой полирепликон

39. Назовите ферменты, участвующие в репликации ДНК. Определите их функции.

ДНК-геликаза -раскручивает двойную спираль, разрывая водородные связи между основаниями.

ДНК-топоизомераза - временно разрывает одну цепь ДНК, что дает возможность спирали ДНК вращаться вокруг фосфодиэфирной связи, находящейся напротив разрыва, и тем самым ослаблять напряжение.

ДНК - полимераза – начинает сборку новых обеих цепей (элонгация).

ДНК- лигаза - сшивает фрагменты (фрагменты Оказаки) в виде которых синтезируется новая цепь ДНК.

40. Как функционирует репликационная вилка. Каким образом идет сборка полинуклеотидных цепей.

Сборку новых обеих цепей (элонгация) ведет фермент (5`→3`)- ДНК-полимераза. Она может вести синтез полинуклеотидной цепи только в направлении от 5`- к 3`- концу с добавлением по одному нуклеотиду к 3`-концу растущей цепи ДНК. Поскольку две цепи спирали ДНК антипараллельны, то есть одна цепь располагается в направлении от 5`- к 3`-концу, а другая - от 3`- к 5`- концу, поэтому одна цепь будет синтезироваться непрерывно в направлении 5`→3` и быстро. Поскольку существует только один фермент, способный синтезировать цепь в направлении 5`→3`, и не существует фермента (3`→5`)-ДНК-полимеразы, вторая цепь будет синтезироваться в обратном порядке, но тоже в направлении 5`→3`. Причём синтезироваться она будет участками, которые были названы фрагменты Оказаки, насчитывающие у эукариот несколько сотен нуклеотидов. Затем синтезированные в направлении 5`→3` фрагменты Оказаки объединяются в длинные цепи ферментом ДНК-лигазой и в целом получается, что цепь наращивается в направлении 3`→5`.

41. Как понимать, что при репликации ДНК репликационная вилка ассиметрична.

Репликационная вилка при репликации ДНК асимметрична, потому что одна из двух синтезируемых цепей (лидирующая) строится непрерывно от 5'- к 3'-концу, её синтез идёт быстрее.

Синтез второй цепи (отстающей) идёт медленнее, так как она собирается из отдельных фрагментов (фрагментов Оказаки) в обратном направлении по сравнению с лидирующей.  

Это связано с тем, что ДНК-полимераза может наращивать нуклеотиды только в направлении 5'→3'. 

42. Что представляет собой праймер и какую роль в репликации ДНК выполняет. Почему он необходим.

ДНК-полимераза не может начать синтез новой полинуклеотидной цепи, просто связав друг с другом два нуклеотида. Для присоединения нуклеотидов ей необходим для этого свободный 3`- OH конец какой-либо полинуклеотидной цепи, которая должна быть спарена с матричной цепью ДНК. ДНК-полимераза способна только добавлять новые нуклеотиды к уже имеющемуся 3`- концу полинуклеотидной цепи. Эту заранее образованную цепь, к которой добавляются нуклеотиды, называют РНК-затравкой или праймером. Такие затравки производит фермент РНК- полимераза, называемая праймазой. Она синтезирует из рибонуклеотидов короткие РНК-затравки (праймеры), состоящие примерно из 10 нуклеотидов, и для этого не требуется свободный 3`-конец. Синтез лидирующей цепи начинается с праймера и может продолжаться непрерывно вслед за движением вилки.

43. В чем смысл редактирования (самокоррекции) при репликации ДНК. Как оно осуществляется.

Самокоррекция – это отщепление ДНК-полимеразой ошибочно включенного в цепь ДНК нуклеотида, не спаренного с матрицей и присоединение комплементарного нуклеотида. 

Механизм репликации ДНК характеризуется исключительной точностью (одна ошибка на 10⁹ присоединенных нуклеотидов), хотя возможны и ошибки при спаривании комплементарных нуклеотидов. Часть этих ошибок устраняет сама ДНК-полимераза, обладая 3`-5`- экзонуклеазной активностью. Она удаляет неправильно спаренный нуклеотид и продолжает синтез новой цепи в направлении от 5`- к 3`- концу.

44. В чем особенность синтеза и включения белков-гистонов в состав хромосом при авторепродукции хромосом.

Спирализация хромосом связана с количеством гистонов: белки-гистоны связывают, образовавшиеся при расплетении двойной спирали ДНК, одноцепочечные участки. Молекулы этих белков выстраиваются вдоль полинуклеотидных цепей, растягивая их остов и делая азотистые основания доступными для связывания с комплементарными нуклеотидами, находящимися в нуклеоплазме.

45. В чем заключаются особенности репликации ДНК теломер. Феноменом концевой недорепликации ДНК.

Имеются особенности репликации ДНК теломер – концов эукариотических хромосом. Репликация концов синтезируемых цепей ДНК не может пройти полностью. После удаления праймеров ДНК-полимераза не сможет восстановить 5`- концы, так как необходимые праймеры не могут присоединяться дальше конца матрицы и 5`- концы остаются недореплицированными.

46. В чем сущность лимита «Хейфлика». Возможно ли восстановление длины теломер.

В силу недорепликации 5`-концов в хромосоме остаются выступающие 3`-концы, которые будут разрушаться клеточными ферментами экзонуклеазами. В связи с этим в каждом цикле деления клетки теломеры будут укорачиваться. Этот феномен носит название концевой недорепликации и лежит в основе ограниченного потенциала деления нормальных соматических клеток («лимита Хейфлика»). Восстановление концов линейных ДНК в ряде клеток возможно благодаря функционированию специального фермента – теломеразы. Теломераза - это РНК- зависимая ДНК – полимераза (обратная транскриптаза), помимо белковых субъединиц содержит специальную РНК, выполняющую роль матрицы для наращивания ДНК комплементарными повторами. В соматических клетках фермент теломераза репрессирован.

47. Какие процессы происходят в постсинтетический период (G2).

В постсинтетический период завершается удвоение массы цитоплазмы, которое связано с интенсивным синтезом белков, РНК, сборкой органелл. Синтезируются в этот период и белки, которые используются для построения микротрубочек клеточного центра и веретена деления, происходит синтез АТФ и его накопление.

48. Перечислить процессы, происходящие в профазу митоза.

Клетка становится округлой, повышается вязкость цитоплазмы. Центриоли, которые в интерфазу удвоились, расходятся, формируя два митотических центра. Образуется биполярное митотическое веретено.. Между митотическими центрами устанавливаются непрерывные (полюсные) нити веретена деления. Ядерная оболочка сохранена, но хромосомы, которые в интерфазе выглядят в виде диффузного хроматина, медленно конденсируются (спирализуются) в отчетливо видимые хромосомы. По мере спирализации хромосом ядрышки начинают разрушаться и постепенно исчезают

49. Охарактеризовать прометафазу митоза.

Начинается с быстрого распада ядерной оболочки на мелкие фрагменты. Нити веретена, которые были расположены вне ядра, проникают в ядерную зону. В хромосомах с каждой стороны центромеры образуются особые структуры, называемые кинетохорами. К кинетохорам присоединяются специальные микротрубочки, которые формируют прерывистые (кинетохорные) нити. Эти нити, взаимодействуют с нитями биполярного веретена. При этом хромосомы начинают активно перемещаться, что объясняется взаимодействием их кинетохорных нитей с непрерывными нитями веретена. Движутся хромосомы в конечном итоге к области экватора клетки.

50. Что представляют собой кинетохоры, когда они формируются и какова их роль в митотическом делении клетки.

В хромосомах с каждой стороны центромеры образуются особые структуры, называемые кинетохорами. У большинства организмов кинетохор представляет собой крупный, состоящий из многих белков комплекс, который на электронных микрофотографиях выглядит как пластинчатая структура. К кинетохорам присоединяются специальные микротрубочки, которые формируют прерывистые (кинетохорные) нити. Эти нити, отходя от обеих сторон каждой хромосомы, идут в противоположных направлениях и взаимодействуют с нитями биполярного веретена.

51. Охарактеризовать метафазу митоза.

После ряда отклонений в ту и другую сторону, происходящих в прометафазе, все хромосомы располагаются в области экватора таким образом, что их центромеры лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси веретена деления, таким образом формируется метафазная пластинка. Каждая хромосома удерживается в метафазной пластинке парой кинетохоров и двумя пучками связанных с ними нитей, идущих к противоположным полюсам веретена.

52. Охарактеризовать анафазу митоза.

Начинается с одновременного разделения центромер и кинетохоров каждой хромосомы. Сестринские хроматиды внезапно расходятся, каждая хроматида начинает медленно двигаться к полюсу веретена. Контроль за наступлением анафазы - это одна из функций центромеры. Все хроматиды движутся к соответствующим полюсам с одинаковой скоростью и продолжается это несколько минут. По мере приближения хроматид (дочерних хромосом) к полюсам клетки кинетохорные нити становятся все короче и короче и, наконец, распадаются и исчезают.

53. Перечислить процессы, происходящие в телофазу митоза.

В телофазу происходят все те же процессы, которые происходят в профазу и прометафазу, но только в обратном порядке. Исчезает веретено деления, хромосомы становятся менее компактными, происходит их деспирализация. Одновременно с этим реконструируется оболочка дочерних ядер. Из области организатора ядрышка вновь образуется ядрышко. Изменения имеют место и в цитоплазме, вязкость цитоплазмы снижается, центриоли утрачивают свою активность

54. Перечислить уровни и факторы регуляции пролиферации клеток в многоклеточном организме.

В многоклеточном организме деление клеток или пролиферация строго регулируется. Выделяют 4 уровня регуляции пролиферации.

• Внутриклеточный уровень. В клетке есть вещества регулирующие пролиферацию: ионы Са2+, циклические нуклеотиды цАМФ, цГМФ, специфические белки (активаторы и ингибиторы).

• Внутритканевой уровень. На этом уровне важную роль играют кейлоны – это пептиды, они подавляют деление клеток. Противоположным действием обладают антикейлоны.

• Межтканевой уровень. Важную роль играют факторы лимфоцитов – лимфокины. Есть активаторы и ингибиторы. Факторы роста – пептиды.

• Организменный уровень. Важную роль играют гормоны, а также нейромедиаторы, нейросекреты и белки сыворотки (плазмы) крови.

55. Амитоз как тип деления клеток, особенности амитоза.

Амитоз – это прямое деление интерфазного ядра путем перетяжки. При этом возникают двух- и многоядерные, не идентичные друг другу клетки. Такой тип деления характерен для клеток печени, хрящей, роговицы глаза, происходит при необходимости быстрого восстановления тканей (после операции, травмы и т. д.). Такое деление встречается при различных патологических процессах, таких как злокачественный рост, воспаление.