часть реплицицируется в постсинтетическом периоде интерфазы. В S фазу в клетке продолжается синтез белка, разделяются центриоли.

В большинстве клеток S фаза длится 8–12 часов.

•Постсинтетическая G2 фаза. В этот период завершается удвоение суммарной клеточной массы, дочерние центриоли достигают размеров дефинитивных органелл. В эту же фазу продолжается синтез РНК и белка (например, синтез тубулина для микротрубочек митотического веретена), накапливается АТФ для энергетического обеспечения последующего митоза. Эта фаза длится 2–4 часа.

G0 фаза — период пролиферативного покоя. В конце фазы G1 существует точка рестрикции (Сheckpoint 1) — безопасная точка клеточного цикла, в которой клетка может остановиться и выйти из цикла в фазу G0. В фазе G0 клетки начинают дифференцироваться, достигая терминальной (окончательной) дифференцировки (например, нейроны), или остаются в состоянии покоя (стволовые клетки). Стимулом для прохождения через точку рестрикции или возвращения клетки из фазы G0 в клеточный цикл является действие митогенов (например, факторов роста) — молекул, взаимодействующих со специфическими рецепторами в мембране клеткимишени и инициирующих её пролиферацию.

Митоз

Репликация ДНК

Клетки перед каждым делением воспроизводят (реплицируют) ДНК: дочерние молекулы ДНК воспроизводятся при помощи ДНК-полимеразы одновременно в нескольких точках начала репликации, обеспечивающих быстрое удвоение каждой нити ДНК (рис. 3-2).

7

Рис. 3-2. Репликация ДНК. Пояснение к рисунку в тексте.

•ДНК-геликаза распознаёт точку начала репликации (определённая последовательность из 300 нуклеотидов) и разъединяет спираль ДНК, образуя репликационные V-образные вилки.

•ДНК-полимераза катализирует полимеризацию нуклеотидов в направлении 5’ → 3’, т.е. присоединяет дезоксирибонуклеотид к 3’-

8

ОН-концу цепи ДНК. Родительские цепи ДНК антипараллельны, поэтому одна из дочерних цепей (лидирующая) растёт в направлении 5’ → 3’, опережая рост второй дочерней цепи (отстающей) в

обратном направлении. ДНК-полимераза δ катализирует репликацию ДНК лидирующей цепи. Репликация отстающей цепи начинается с синтеза РНК-затравки (праймера) с помощью ДНК-праймазы. ДНК-

полимераза α, используя 3’-ОН-конец РНК-затравки, синтезирует на матрице отстающей цепи короткий фрагмент ДНК (фрагмент Оказаки). Участки фрагментов Оказаки, занятые РНК-затравками, удаляются, а на их месте достраивается ДНК с помощью ДНК-

полимераз β и ε. ДНК-лигаза завершает сшивку отдельных фрагментов Оказаки.

Структура хромосом

Хромосомы видны при митозе или мейозе, когда полностью конденсированный хроматин образует многочисленные плотно упакованные петли. Каждая хромосома содержит одну длинную двуцепочечную молекулу ДНК и ДНК-связывающие гистоновые и негистоновые белки. Результатом взаимодействия ДНК с ДНКсвязывающими белками является компактизация хроматина. Хромосомы и хроматин — различные формы пространственной организации дезоксирибонуклеопротеидного комплекса, соответствующие разным фазам жизненного цикла клетки. Совокупность хромосом называют хромосомным набором. Число хромосом в соматических клетках диплоидное (2n), в отличие от половых клеток, имеющих гаплоидный набор хромосом (n).

•Центромер специализированная последовательность нуклеотидов в области первичной перетяжки хромосомы. Кинетохор (белковый комплекс, включающий ассоциированные с микротрубочками белки) прикрепляется к центромеру, обеспечивая связь микротрубочек кинетохора (от 20 до 40) с хромосомами в митозе.

•Теломер локализованная на концах хромосом теломерная ДНК, представленная многочисленными короткими повторами (GGGTTA) длиной от 2 до 20 тыс. пар оснований. Повторяющиеся последовательности теломерной ДНК формируют петли на концах хромосом, таким образом предохраняя концы хромосом от разрушения. Теломерная ДНК, несмотря на то, что в ней отсутс твуют гены, играет важную роль в пролиферации клеток. Теломер предотвращает деградацию и слияние хромосом в митозе. В линейных ДНК для полной репликации концов их молекул

9

используется РНК-содержащий фермент теломераза, отвечающая за репликацию концевой ДНК, поскольку ДНК-полимеразы неспособны обеспечить полную репликацию ДНК.

•Теломераза РНК-зависимая ДНК-полимераза (обратная транскриптаза). В состав этого фермента входит РНК, используемая в качестве матрицы для синтеза теломерной ДНК.

•Бессмертие клеток и старение. Высокая теломеразная активность выявлена в стволовых и в т.ч. половых клетках. Хромосомы этих клеток имеют теломеры, состоящие из наибольшего числа ДНКповторов и содержащие все необходимые белки для нормальной пролиферации. Напротив, в клетках, вступивших в дифференцировку, активность теломеразы падает, а теломерная ДНК укорачивается. В таких клетках с каждым новым клеточным делением снижается экспрессия гена, кодирующего каталитическую СЕ теломеразы. Укорочение хромосом заканчивается гибелью клетки, что может быть одной из причин старения организма.

Митотическое веретено

Центросома (центр организации микротрубочек) играет важную роль в клеточном делении и в частности в образовании митотического веретена (рис. 3-3). В центросоме центриоли расположены под прямым углом друг к другу. В ходе фазы S клеточного цикла центриоли дуплицируются. При этом образовавшиеся дочерние центриоли располагаются перпендикулярно по отношению к материнским. В митозе пары центриолей, каждая из которых состоит из первоначальной и вновь образованной, расходятся к полюсам клетки и участвуют в образовании митотического веретена.

10