4_Клеточный цикл

1.

Существование клеток во времени и
пространстве. Клеточный цикл и его
регуляция.
Вопросы:
1. Характеристика и свойства наследственного
материала. Участки ДНК с уникальными и
повторяющимися последовательностями.
2. Система репарации.
3. Клеточный цикл. Строение хромосомы и
динамика ее структуры в клеточном цикле.
4.Регуляция митотической активности. Значение
клеточной пролиферации для медицины.

2.

Составные компоненты нуклеиновых
кислот:
• Азотистые основания (пуриновые и
пиримидиновые)
• Моносахара
• Остатки фосфорной кислоты
Азотистое
Азотистое
основание
основание
Моносахарид:
рибоза(R=OH) или
дезоксирибоза(R=H)
Фосфорная
кислота
ферменты
- H2O
нуклеотид

3.

Роль нуклеиновых
кислот:
• хранение, реализация и
передача генетической
информации
• возможность
обеспечения различных
видов биологической
памяти (например,
иммунологическая
память)
• регуляция процессов
биосинтеза

4. У эукариот ДНК почти целиком локализована в ядре.

- У определенного биологического вида
количество ДНК одинаково во всех
соматических клетках и не зависит от числа
хромосом.
- Каждый живой организм имеет свой
нуклеотидный состав ДНК.
- Нуклеотидный состав ДНК постоянным в
любом возрасте и при любых
физиологических обстоятельствах.

5.

ДНК – хранитель наследственной
информации :
•молекула ДНК относительно
стабильна
•способна самовоспроизводиться
•имеет сложное строение
•имеет гигантские размеры, что не
позволяет ДНК «выйти» из ядра
при синтезе белка, поэтому
существуют посредники м-РНК
или и-РНК. Использование м-РНК
– это способ превращения
матрицы ДНК в мобильную форму.

6. Размеры ДНК у различных организмов

Содержание ДНК и РНК
Размеры ДНК
в различных клетках
у различных организмов человека (пг на клетку)
Биологический вид
Человек (ДНК Мт)
Дрожжи (ДНК Мт)
Бактериофаг λ
Длина
ДНК
5,6 мкм
25 мкм
16.5мкм
Число пар
оснований
16569
7.5х103
48502
Клетка
ДНК
(пг)
РНК
(пг)
Костный мозг
0.87
0.69
Головной мозг
0.68
2.63
Почки
0.83
1.1
Печень
1.0
2.48
Дрозофила
(Drosophila
melanogaster)
56 мм
Морской еж
(Stongylocentrotus
purpuratus)
170 мм
800х106
Шпорцевая лягушка
(Xenopus laevis)
1м
3х109
Лейкоциты
0.73
0.25
Млекопитающие и
человек
1м
3х109
Сперматозоиды
0.31
0.24
160х106
N.

7.

Генетический код является:
•триплетным
(каждая
аминокислота кодируется тройкой
нуклеотидов)
• неперекрывающимся (каждую
последовательно
новую
аминокислоту полипептидной цепи
кодирует последовательно новый
триплет ДНК)
•вырожденным
(одна
аминокислота может кодироваться
несколькими разными триплетами
нуклеотидов)
•однозначным (каждый триплет
нуклеотидов
(кодон)
кодирует
только одну аминокислоту)
•не
содержит
знаков
препинания,
кодирующие
триплеты следуют один за другим
•универсальным и используется
одинаково как прокариотами, так и
эукариотами

8.

Последовательности ДНК в геноме человека:
-уникальные
последовательности – это
последовательности нуклеотидов длиной в 1 ген,
не имеющие копий в геноме;
-умеренно
повторяющиеся
последовательности
–
это
повторности
нуклеотидов длиной в 1 ген, которые имеют 102 –
10 4 копий.
Их функции:
•перемещаясь по геному могут затрагивать
соседние нуклеотиды, переносить их по геному и
вызывать мутации.
•могут встраиваться в латентный онкоген,
способствуя раковому перерождению клеток.

9.

- Высокоповторяющиеся последовательности
– это повторности нуклеотидов длиной в 1 ген,
которые повторяются 1 млн и более раз. ДНК в
высокоповторяющихся
последовательностях
–
сателлитная ДНК.
Их функции:
•разделяют структурные и регуляторные гены
•участвуют в конъюгации хромосом во время
мейоза
(необходимы
для
сопоставления
гомологичных участков хромосом)
•играют важную роль в последовательностях,
обеспечивающих компактизацию ДНК в хромосоме.

10.

Хроматин – материал, из которого построены
хромосомы
Химический состав хроматина:
•ДНК – 15%
•РНК – 10%
•Гистоновые и негистоновые белки– 75%
•Фосфолипиды – 5%

11.

Хроматин
•Эухроматин
–
деконденсирован
и
слабо
окрашивается.
Содержит
активно
экспрессирующиеся
гены.
•Неактивный –
максимально
конденсирован
(в метафазу)
•Активный - состояние,
когда
частично
или
полностью
деконденсирован
(в
интерфазу, когда идут
процессы репликации и
транскрипции)
•Гетерохроматин – конденсированный
хроматин – интенсивно окрашивается.
Содержит
неактивные
гены
и
неэкспрессирующиеся
повторяющиеся
последовательности ДНК.
Факультативный
гетерохроматин
(постоянно
конденсированный)
Присутствует
только в одной из
гомологичных
хромосом,
например, половой
хроматин.
Структурный
гетерохроматин
(тоже
постоянно
конденсированный).
Присутствует в одних и тех
же
районах
обеих
гомологичных
хромосом.
Структурный гетерохроматин
никогда не переходит в
эухроматин,
тогда
как
факультативный
гетерохроматин способен к
такой трансформации.

12.

13. Жизненный цикл клетки – период существования клетки от образования до собственного деления или смерти

2n4c
2n4c
2n2c

14.

G1 – период занимает 30 – 40% ЖЦК. Ядро и
цитоплазма клетки увеличены в размерах.
Клетка растет. В биохимическом отношении
идет активный синтез белка, РНК, АТФ.
Хромосомы деконденсированы, они слабо
поглощают красители. Нити хроматина тесно
переплетены друг с другом и находятся внутри
ядра. В световой микроскоп ядерный материал
выглядит как тончайшая сеть (хроматиновая
сеть). Хромосомы однохроматидные, набор
2n2c. Клетка может пребывать в этой фазе
долгие годы.

15.

S – период составляет 30 – 50% ЖЦК.
Хроматин еще плохо конденсирован.
Тонкие нити переплетаются друг с другом.
Идет репликация ядерной ДНК и
редупликация хромосом, синтез белков –
гистонов. Хромосомный набор 2n4c
(хромосомы
становятся
двухроматидными). При этом хроматиды
не расходятся, они тесно переплетены
друг с другом.

16.

Репликация молекулы ДНК
(удвоение молекулы ДНК) идет по
полуконсервативному механизму, то есть
каждая цепь ДНК используется как матрица
для построения комплементарной цепи

17.

Схема Меселсона и Сталя по полуконсервативному
механизму репликации ДНК

18.

Основные белки и ферменты, участвующие в
репликации ДНК:
- ДНК-геликаза – расплетает двойную спираль родительской ДНК и
формируют репликационную вилку;
стабилизирующие
белки
(SSBP-белки)
препятствуют
комплементарному спариванию двух цепей ДНК в области денатурации
или различных участков одной и той же цепи;
- ДНК-полимеразы катализируют синтез полинуклеотидной цепи
ДНК в направлении 5‘-3';
- РНК-полимераза (праймаза) катализирует короткие молекулы
РНК-затравки. Впоследствии фрагменты РНК удаляются, их заменяет
ДНК;
- теломераза заканчивает построение недорепликацированых 3'концов линейных молекул ДНК;
- ДНК-топоизомеразы предотвращают спутывание спирали ДНК;
- инициаторные белки связываются в точке начала репликации и
способствуют образованию нового репликационного глазка с одной или
двумя вилками;
- лигазы - соединяют фрагменты ДНК в общую полинуклеотидную
цепь, катализируя образование фосфодиэфирной связи.

19.

Механизм репликации основан на принципах:
1. комплементарность – каждая дочерняя нить образуется по
матрице, которой служит материнская нить: аденин на одной цепи ДНК
всегда будет комплементарен тимину на другой цепи ДНК, а гуанин –
цитозину;
2. полуконсервативность – одна цепь молекулы ДНК,
образовавшейся
в
результате
репликации,
является
вновь
синтезированной, а вторая – материнской;
3.
антипараллельность
–
две
комплементарные
нити
синтезируются в противоположных направлениях, синтез новой цепи идёт в
направлении от 5´-конца новой молекулы к 3´– концу;
4. полунепрерывность (прерывистость) – одна из цепей ДНК
синтезируется непрерывно, а вторая в виде набора отдельных коротких
фрагментов; начинается с определённых участков ДНК.

20.

Репарация
способность
клеток
к
исправлению повреждений в молекулах ДНК.
Виды репарации:
•фоторепарация (под действием
ультрафиолетового
излучения
активируется фермент фотолиаза (у
млекопитающих
отсутствует)
,
соединяется с поврежденной ДНК →
репарация)
•дорепликативная
(устраняет
ошибки в ДНК, которые возникли в
процессе жизнедеятельности. Если их
не устранить, они умножаются в
процессе репликации).
•пострепликативная
(т.к.
репликация тоже может происходить с
ошибками), протекает в S – периоде
ЖЦК.

21.

Этапы репарации:
•распознавание
и
удаление
участка
поврежденной цепи ДНК
•замещение
новым
участком по принципу
комплементарности
•сшивание разрывов с
помощью
фермента
лигазы.
повреждение
участка ДНК
распознавание
поврежденного
участка ДНК
удаление
поврежденного
участка ДНК
ДНК –
полимераза
достраивает
новую копию
ДНК –лигаза
сшивает разрыв
восстановленная ДНК

22.

G2 – фаза менее изучена. Составляет 10–20%
всего времени. Здесь синтезируются белки,
которые позволяют клетке вступить в митоз. Если
заблокировать синтез этих белков, то клетка не
вступит в митоз.

23.

M – фаза подразделяется на 2 периода:
•Митоз – сложное деление ядра клетки
•Цитокинез – деление цитоплазмы
Профаза – занимает 0,6 времени
всего
митоза
–
хроматин
конденсирован,
хромосомы
спирализуются каждая сама по
себе, укорачиваются и утолщаются и
становятся видимыми в световой
микроскоп. Каждая хромосома состоит
из двух хроматид, разделенных
центромерой (первичной перетяжкой).
Постепенно
ядрышко
начинает
разрушаться и исчезать. Центриоли
отходят друг от друга. Они движутся
по кругу ядерной оболочки.
начало
образования
веретена
деления
центриоль
центромера
Хромосома, состоящая их
двух сестринских хроматид

24.

Прометафаза – ядерная
оболочка
быстро
распадается на мелкие
фрагменты.
Нити
веретена
деления
проникают в область ядра
и
прикрепляются
к
центромерам хромосом с
двух сторон (это место
называется
кинетохор).
Хромосомы
начинают
интенсивно двигаться.
фрагменты
кинетохор
разрушенной
ядерной оболочки
нити
нити веретена
веретена деления
деления

25.

Метафаза – занимает 0,05
времени
всего
митоза
–
хромосомы
максимально
спирализованы. Выстраиваются
в плоскости веретена деления,
которая
равноудалена
от
полюсов клетки. Центромеры
расположены
в
одной
плоскости.
Нити
веретена
деления
прикреплены
к
кинетохору.
Хорошо
видно
число и форму хромосом в
световой
микроскоп,
что
позволяет их сосчитать
и
изучить строение, поэтому при
кариотипировании используют
метафазные хромосомы.
метафазная пластинка
центриоль

26.

Анафаза – занимает 0,05
времени всего митоза –
расхождение хроматид к
полюсам
клетки.
Хроматиды
движутся
центромерами вперед со
скоростью 1 мкм/секунду.
Количество
ДНК
уменьшается в два раза,
а
каждая
хроматида
называется хромосомой.
хроматиды

27.

Телофаза – занимает 0,3
времени всего митоза –
центромеры
хроматид
достигают противоположных
полюсов веретена деления,
веретено деления исчезает,
происходит деспирализация
хромосом. Они становятся
нитевидными.
Образуются
ядрышки, ядерная оболочка.
Начинается цитокинез
деление
цитоплазмы
формирование
ядерной оболочки
формирование
ядра

28. Продолжительность жизненного цикла меняется в зависимости от:

- условий среды;
- возраста;
- гормонального баланса организма;
- размера клеток;
- количества ядер;
- степени дифференциации клеток;
- мало зависит от пола.

29.

G0 – фаза – период покоя, когда клетка
неактивна,
она
отдыхает,
метаболические
процессы временно приостановлены. Факторы,
способствующие переходу в G0 – фазу:
уменьшение
питательных
веществ,
ингибирование деления. Клетка в G0 – фазу,
подвергаясь воздействию гормонов и других
факторов роста, может перейти в G1 – фазу.

30.

Биологическое значение митоза:
•поддерживает
постоянство
числа
хромосом в ряду поколений
•обеспечивает
рост,
развитие
и
регенерацию организма
•механизм бесполого размножения

31.

Амитоз – прямое деление
ядра клетки. Интерфазное ядро
делится на две примерно
одинаковые
части.
Часто
встречается
в
стареющих
клетках, при патологических
состояниях.
Эндомитоз – процесс удвоения
числа хромосом в ядрах клеток,
за которым не следует деления
ядра и самой клетки. Это
приводит к увеличению длины и
диаметра хромосом. Встречается
в слюнных железах некоторых
двукрылых.
Политенные хромосомы из
клетки слюнных желез мотыля

32. Свойства кейлонов и антикейлонов

-образуются и сохраняются в тканях, где
проявляют свою активность;
- их действие может быть местным или общим,
когда они переносятся кровью;
- водорастворимые соединения гликопротеидной
природы;
- тканеспецифичны, но не обладают видовой
специфичностью;
- проявляют активность в G1 и (или) и G2 -фазе
- являются мощными антиоксидантами

33. Гибель клеток

-в результате их изнашивания ;
-в процессе дифференцировки.
Организм человека полностью замещается
каждые 7 лет
ежедневно теряет 1-2% клеток
ежедневно образуется по нескольку млрд.
клеток
Центры активной гибели и замещения
клеток
- покровные ткани
-кровеносная система
-репродуктивная система

34. Организм человека состоит из 60 биллионов (60 000 млрд)

-250 млрд эритроцитов
-2 млрд эритроцитов ежедневно
замещаются
-70 млрд клеток в пищеварительном
тракте погибает и образуется ежедневно
Гибель клеток можно рассматривать как
часть нормальных процессов развития.
Жизнь поколения – это непрерывная
последовательность клеток.

35.

Благодарю за внимание!