§ 16. Клеточный цикл. Репликация ДНК

1. Что такое клеточный цикл?

Клеточный цикл — период существования клетки от момента ее образования из материнской клетки до собственного деления (включая это деление) или гибели.

2. Охарактеризуйте основные периоды клеточного цикла по плану: 1) название и сокращенное обозначение; 2) происходящие процессы; 3) содержание генетического материала в клетке.

3. Что представляет собой G0-период? Какие клетки в него вступают? Все ли клетки, вступающие в период покоя, навсегда утрачивают способность к делению? Ответ поясните.

Клетки, находящиеся в G0-периоде (периоде покоя), выполняют свои функции в организме, однако в них не происходит подготовка к репликации. В G0-период вступают, прежде всего, высокоспециализированные клетки — нейроны, клетки сердечной мышцы, хрусталика глаза и др. Клетки, вступающие в период покоя, как правило, навсегда утрачивают способность к делению. Однако некоторые клетки, пребывающие в G0-периоде (например, клетки печени, эндокринных желез, лейкоциты), сохраняют способность к выходу из периода покоя, продолжению клеточного цикла и последующему делению. Такое явление наблюдается, например, при повреждении органа, в состав которого данные клетки входят.

4. Что такое репликация ДНК? Каким образом осуществляется этот процесс?

Репликация ДНК — удвоение молекул ДНК, которое осуществляется в синтетическом (S) периоде клеточного цикла.

В осуществлении процесса репликации ДНК принимает участие целый комплекс ферментов. Сначала с помощью особых ферментов происходит раскручивание исходной материнской молекулы ДНК и разъединение двух ее цепей за счет разрыва водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями. После этого с разошедшимися цепями связываются молекулы ДНК-полимеразы — главного фермента репликации.

В результате репликации образуются две молекулы ДНК, идентичные друг другу и исходной материнской молекуле. В состав каждой из них входит одна цепь материнской молекулы ДНК и одна вновь синтезированная дочерняя цепь.

5. Почему репликацию ДНК относят к реакциям матричного синтеза?

Молекулы ДНК-полимеразы начинают двигаться вдоль материнских цепей, используя их в качестве матриц для построения из нуклеотидов новых дочерних цепей. При этом нуклеотиды включаются в растущие дочерние цепи ДНК по принципу комплементарности. В связи с этим репликацию ДНК относят к реакциям матричного синтеза. 

6. Одинаковы ли молекулы ДНК, входящие в состав гомологичных хромосом? В состав сестринских хроматид? Почему?

Молекулы ДНК, входящие в состав сестринских хроматид одной хромосомы, идентичны (имеют одинаковую последовательность нуклеотидов), потому что они образуются в результате репликации исходной материнской молекулы ДНК. В каждой из двух молекул ДНК, которые входят в состав сестринских хроматид, содержится одна цепь исходной материнской молекулы ДНК (матрица) и одна новая дочерняя цепь, синтезированная на этой матрице.

Молекулы ДНК, входящие в состав гомологичных хромосом, неодинаковы. Это связано с тем, что гомологичные хромосомы имеют разное происхождение. В каждой паре гомологичных хромосом одна является материнской (унаследована от матери), а другая – отцовской (унаследована от отца).

7. В многоклеточных организмах имеются так называемые стволовые клетки. Они являются первичными клетками, из которых в начале эмбрионального развития формируются органы зародыша, и на протяжении всей жизни сохраняют способность к делению. Раньше считалось, что стволовые клетки есть только у эмбрионов, теперь же они выявлены почти во всех органах взрослых людей. В 1999 г. журнал «Science» признал открытие стволовых клеток важнейшим научным событием в биологии. Каковы перспективы использования стволовых клеток?

Стволовые клетки могут быть использованы для получения тканей или целых органов, специально адаптированных под будущих реципиентов. Заместительная клеточная терапия при болезнях Альцгеймера и Паркинсона, также как при многих формах паралича и ранее неизлечимых аутоиммунных заболеваниях - это наиболее актуальные направления исследований. Трансплантация стволовых клеток крови является альтернативой трансплантации костного мозга и в ряде случаев имеет перед ней преимущества (например, аутотрансплантация при химиотерапии или радиационном поражении).